イオン性液体を有する液晶性有機/無機ハイブリッド高分子ナノ材料の開発

含离子液体的液晶有机/无机杂化聚合物纳米材料的开发

基本信息

批准号：
15750177
负责人：
吉尾正史
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、イオン性液体が新しいイオン伝導材料として注目を集めている。本研究では、イオン性液体の構成部位となるイミダゾリウム塩を化学修飾することにより、イオン性液体に液晶性と重合性を付与し、異方的イオン機能性を示す高分子ナノ材料を開発することを目的とした。重合性基を有する没食子酸エステル部位を導入したイミダゾリウム塩を設計・合成した。重合性基として、トリメトキシシラン基をもつ化合物は、室温で液晶性を示した。しかし、大気中で不安定であり、重合して固化するために液晶相の同定はできなかった。一方、重合性基として、アクリル基を導入した化合物は、20〜50℃で安定にヘキサゴナルカラムナー液晶相を形成した。この化合物は、等方性液体から液晶に相転移すると、ガラス基板上でカラムの向きがランダムなポリドメインを形成した。異方的なイオン機能性を発現させるためには、カラム構造をマクロスコピックに基板上で均一配向させることが重要となる。そこで、自発的にカラムが垂直配向する基板の作製について検討を行なった。イオン性基を有するシランカップリング剤で修飾したガラス基板上で、カラムが自発的に垂直配向することを見出した。液晶状態にある化合物に紫外光を照射することにより光ラジカル重合を行なった。その結果、カラムの垂直配向を維持した機械的に安定な高分子フィルムが得られた。配向したフィルムの異方的なイオン伝導性を交流インピーダンス法により測定した。カラム軸に平行な方向のイオン伝導度は、垂直な方向のイオン伝導度よりも1500倍高い値を示した。以上、本研究では、カラムナー液晶性を示す新規イミダゾリウム塩を設計し、その液晶配向を制御することにより、異方的な一次元イオン伝導性を示す高分子フィルム材料を開発することに初めて成功した。

近年来，离子液体作为新型离子导电材料引起了人们的关注。在本研究中，我们将通过对离子液体的组成部分咪唑鎓盐进行化学改性，赋予离子液体液晶性和聚合性，从而开发具有各向异性离子功能的聚合物纳米材料。设计并合成了含有具有可聚合基团的没食子酸酯部分的咪唑鎓盐。具有三甲氧基硅烷基作为聚合性基团的化合物在室温下表现出液晶性。然而，由于液晶相在大气中不稳定并通过聚合而固化，因此无法鉴定液晶相。另一方面，引入丙烯酸基作为聚合性基团的化合物在20～50℃下稳定地形成六方柱状液晶相。当这种化合物经历从各向同性液体到液晶的相变时，它会在玻璃基板上形成具有随机列取向的多域。为了开发各向异性离子功能，重要的是在基底上宏观地均匀取向柱结构。因此，我们研究了一种基质的创建，其中柱自发地垂直排列。我们发现柱在用含有离子基团的硅烷偶联剂改性的玻璃基板上自发地垂直排列。光自由基聚合通过对液晶状态的化合物照射紫外线来进行。结果，获得了保持柱垂直排列的机械稳定的聚合物膜。通过交流阻抗法测定取向膜的各向异性离子电导率。平行于柱轴方向的离子电导率比垂直方向的离子电导率高1500倍。如上所述，在本研究中，我们设计了一种具有柱状液晶性的新型咪唑盐，并通过控制其液晶取向，首次成功开发了具有各向异性一维离子电导率的聚合物薄膜材料。