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

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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。