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山口大学大学院创成科学研究科（工学系学域）応用化学分野の藤井健太教授、国立研究開発法人物質?材料研究機構および北海道大学大学院生命科学院からなる研究チームは、巨大タンパク質や天然ゴムなどに匹敵する100万を越える分子量を持つ超高分子量ポリマーと不揮発なイオン液体からなる自己修復ゲル材料を、極めて簡便に創製する手法を開発しました。このポリマーはリサイクル性に優れ、循環型経済に資するだけでなく、IoT基盤技術に必須の高耐久性フレキシブルデバイス用イオン伝導材料への応用が期待されます。

概要

自発的に损伤部分を修復することで耐久性を向上させる自己修復高分子材料は、循环型経済の観点から大きな注目を集めています。近年、例えば水素结合の様に可逆に结合?解离を繰り返す特殊な官能基を高分子ネットワークに导入するといった化学的なアプローチによる研究が盛んに进められていましたが、そのような自己修復材料ではしばしば精密な合成手法や复雑な製造プロセスを要求される场合がありました。一方で、高分子锁の络み合いといった高分子材料が普遍的に持つ特徴を利用した物理的アプローチによる汎用性のより高い自己修復高分子に関する研究は殆ど行われていませんでした。

今回研究チームは、イオン液体中では重合反応が効率良く进む特性を利用することで、非常に分子量が高い高分子の络み合いから形成される「超高分子量ゲル」を简便に创製する手法を见出しました。化学架桥剤を用いた従来のゲルと比较して、この超高分子量ゲルは优れた力学特性を示し、热成型によるリサイクルも可能となります。さらに超高分子量ゲルは室温で高い自己修復机能を示しました。

図 (a)化学架橋ゲルと超高分子量ゲルの圧縮試験。(b)超高分子量ゲルの自己修復試験の模式図?写真。

リサイクル性および自己修復性を持つゲル材料を简便かつ汎用的な方法で创製できる本研究成果は、循环型経済の観点から重要であると考えられます。また不挥発?不燃性なイオン液体を溶媒とする高分子ゲルは、フレキシブルエレクトロニクスに用いる安全なイオン伝导材料として有望视されます。

研究成果の详细は

谢辞

本研究は主に国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業 さきがけ「力学機能のナノエンジニアリング」における研究課題「超高分子量ポリマーに基づく新奇機能開拓（JPMJPR2196）」（研究者：玉手亮多）の研究の一環として行われました。また研究の一部では日本学術振興会 科学研究費助成事業（20K15349、21H05604、21H02006、20H02804、20K21229）、および松籟科学技術振興財団の研究助成事業の支援を受けました。

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