Changes in Aggregation of Polyimides with Microporosity under High Temerature & Pressure

高温下微孔聚酰亚胺聚集体的变化

基本信息

批准号：
17F16046
负责人：
安藤慎治
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

主たる研究実績として，トレガーズ塩基（TB）と呼ばれる特徴的な構造を有する固有微細多孔性ポリイミド（PIM-PI）とその共重合体を新たに合成し，その屈折率の偏光依存性と波長依存性を利用して，これらのポリマーの自由体積分率（分子パッキング係数）および分子鎖の配向異方性を明らかにした．また，誘電率や線熱膨張挙動，面外熱拡散率など自由体積分率と分子鎖配向に関連する物性を定量的に調査し，PIM-PI関連ポリマー群の特性付けを行った。結果として，可視域における高い透明性，低い平均屈折率，低～中程度の複屈折に加え，極めて低い熱伝導係数を示した。また，自由体積分率（Vf）を0.183-0.228の範囲で決定し，それぞれの化学構造と関連づけた。これらの物性は，PIM-PI群が大きな自由体積分率を有することと符合しており，その低い屈折率は近年，要求が高まっている高周波（5G規格）での低誘電率・低誘電正接の絶縁材料としての期待が持たれる。これらの物性は，太陽熱遮断フィルム，断熱テープ，遮熱コーティングなどの潜在的用途にも好適である。加えて，TB構造を有するPIM-PI群とその基本構造である半脂環式イミド化合物が，室温での燐光発光（室温燐光）を示すことを初めて明らかにした。これは重ハロゲン元素や金属元素を含まないイミド化合物における初めての例である。さらに，結晶性イミド化合物の結晶構造解析，温度可変や圧力可変の蛍光・燐光スペクトル，温度可変の発光寿命測定などにより，結晶中での比較的空隙の多い凝集状態および強い分子間相互作用が、イミドモデル化合物の室温燐光を誘起すること，そして剛直な構造の導入による局所的な分子運動の抑制が材料設計の鍵であることを明らかにした。これらの知見は，新規発光材料としてのPIM-PI群の分子設計指針の構築に有用である。

我们的主要研究成果包括新合成了一种具有特雷格斯基（TB）特征结构的本质微孔聚酰亚胺（PIM-PI）及其共聚物，并利用该方法研究了其折射率的偏振依赖性和波长依赖性。这些聚合物的自由体积分数（分子堆积系数）和分子链取向各向异性。我们还定量研究了与自由体积分数和分子链取向相关的物理性质，如介电常数、线性热膨胀行为和面外热扩散率，并对 PIM-PI 相关聚合物基团进行了表征。结果，它在可见光范围内表现出高透明度、低平均折射率、低至中等双折射以及极低的导热系数。此外，自由体积分数（Vf）确定在0.183-0.228范围内，并且与每种化学结构相关。这些物理特性与PIM-PI基团自由体积分数大、其低折射率适合高频下的低介电常数和低介电损耗角正切（5G标准）的事实相一致，这在当今日益要求的领域是一致的。近年来有望用作绝缘材料。这些特性也使它们适合潜在的应用，例如遮阳膜、绝缘胶带和热障涂层。此外，我们首次揭示了具有TB结构的PIM-PI基团及其基本结构半脂环酰亚胺化合物在室温下表现出磷光（室温磷光）。这是不含重卤素元素或金属元素的酰亚胺化合物的第一个例子。此外，通过对结晶酰亚胺化合物的晶体结构分析、变温压下的荧光和磷光光谱以及变温下的发射寿命测量，我们发现晶体中存在较多空隙和较强分子间相互作用的团聚态。在酰亚胺模型化合物中诱导室温磷光并通过引入刚性结构抑制局部分子运动是材料设计的关键。这些发现对于建立 PIM-PI 族作为新型发光材料的分子设计指南非常有用。