Liquid Electrets Based on pi-Stacked Nanocluster Fluids

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本研究課題では、振動や機械的刺激により無電源発電または振動センサ機能を持つ、エレクトレット素子の活性材料の開発に際し、帯電量が高く、帯電保持時間にも優れる液体エレクトレット材料の創成を目指している。特に伸縮など自由変形可能な柔軟性に富む環境発電素子の開発へ適性の高いエレクトレット材料の創成を目指している。本研究では、複数のアルキル鎖を導入した歪んだ構造のヘキサベンゾコロネン誘導体を分子設計した。狙いとしては、複数の歪んだ構造ヘキサベンゾコロネン（c-HBC）環をπ-π相互作用によりナノクラスター化させ、常温液体状態を保持する。複数の電荷を同πナノクラスター内に閉じ込めることで、高性能エレクトレット液体を創成する。昨年度までに、合成した分岐アルキル基を導入したc-HBC誘導体では、コアとなるc-HBCが孤立し、近接分子のc-HBC環と相互作用がない液体構造（特異的なキャリアの長寿命性を持つ）となることを明らかにしていた。一方、類似化合物で分岐側鎖の導入方法が僅かに異なる分子では、隣接するc-HBC環同士に相互作用が生じていることが示唆された。これらアルキル化c-HBCの液体エレクトレット性能を評価するためにコロナ帯電処理を実施し、帯電量測定を行った結果、コアが孤立したc-HBCが最も高い電荷量(/モル)を示した。このことは、導入した分岐アルキル側鎖で隔離されたc-HBCでは、帯電した電荷が保護安定化され、結果として優れたエレクトレット性能を示していると推察する。また、VIPが低い分子構造であることも、電荷量の向上に寄与している可能性が示唆された。同液体を機材に、伸縮性振動発電素子の性能評価を行った結果、優れた出力電圧を示した。また、アルキル化液体フラーレンを機材とするエレクトレット振動発電素子の創成にも成功した。