Multiscale Interfacial Molecular Science for Innovative Functional Materials

创新功能材料的多尺度界面分子科学

• 批准号: 18H05260
• 负责人: 相田 卓三
• 金额: $ 123.8万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-06-11 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18H05260/
• 关键词: 自己修復ポリマー; 自己複製反応; 有機薄膜; 多孔性材料; 超分子化学; 界面; 超分子ポリマー; 超高密度メモリー; 蓄電デバイス; 超分子科学; 液晶; 自己修復ポリマーガラス; 複合材料・物性; 物理的摂動; 表面界面

（１）「機械的結合」を有する代表的な分子「カテナン」を用いた多孔性結晶の開発に成功した（Nature 2021）。カテナン分子とコバルトイオンを溶媒中で加熱することで、カテナン分子が配位結合によって3次元的に配列した結晶を作製した。結晶の90％以上がカテナン分子からできていること、多数の微小な穴が空いた構造をしていることことなどを明らかにし、さらに、外から力を加えると形が変わり、力を除くと元の形に戻ることから、結晶でありながらまるでゴムのような性質を示すことを発見した。本研究成果は、指でつまんだり離したりすることで、二酸化炭素などの気体分子を吸脱着できる革新的な多孔性材料につながると期待できる。（２）「フタロニトリル」分子を原料とし、「フタロシアニン」の超分子ポリマーを無溶媒という環境負荷の少ない条件下で合成することに成功した（Nature Mater. 2022）。ポリマーの末端のフタロシアニンあるいは金属フタロシアニン上にフタロニトリル4分子が環状に配列する結果として起こる「自己触媒作用」が鍵となる。本研究成果は、持続可能な社会の実現に向けての理想的なポリマー製造プロセスの姿を示しており、大きなインパクトを与えるものである。（３）最近、機械的強度の高いガラス状高分子であるポリエーテルチオ尿素（PTUEG3）が、常温でも自己修復することを発見した。PTUEG3は高湿度下で吸水し、可塑化して機械的強度が低下する課題があった。そこで、疎水的なジシクロヘキシルメチル基を有するチオ尿素ユニットを10mol%だけ含むように共重合設計したPTUEG3が、湿度に強く、常温で自己修復可能な機械的強度を持つポリマー材料となることを見出した（J. Am. Chem. Soc. 2021）。本研究成果は、高湿度下でも使用可能な機械的強度に優れた自己修復性ポリマーの設計戦略を提供する。

(1) "Mechanical bonding" を represented by する, the な molecule "カテナ <e:1>" を successfully developed に with た た porous crystals <e:1> and た (Nature 2021). カ テ ナ ン molecular と コ バ ル ト イ オ ン を solvent in heating で す る こ と で, カ テ ナ ン molecular が coordinate bond に よ っ て 3rd dimensional に match column し た crystallization を cropping し た. Crystallization の 90% が カ テ ナ ン molecular か ら で き て い る こ と, most small な の hole が empty い た tectonic を し て い る こ と こ と な ど を Ming ら か に し, さ ら に, outside か ら を え / る と form が - わ り, force を except く と yuan の form に 戻 る こ と か ら, crystallization で あ り な が ら ま る で ゴ ム の よ う な nature を shown す こ と を 発 see し た . は, refers to the research results で つ ま ん だ り from し た り す る こ と で, acidification carbon な ど の 気 molecular を suck off the body で き る innovative な porous material に つ な が る と expect で き る. (2) "フ タ ロ ニ ト リ ル" molecule を と し, "フ タ ロ シ ア ニ ン" の supramolecular ポ リ マ ー を without solvent と い う low environmental load の な い conditions で す synthesis る こ と に successful し た (Nature Mater., 2022). ポ リ マ ー の end の フ タ ロ シ ア ニ ン あ る い は metal フ タ ロ シ ア ニ ン on に フ タ ロ ニ ト リ ル 4 molecular が annular に match column す る results と し て up こ る "catalytic role" が button と な る. は, this research results may hold 続 な social の be am に to け て の ideal な ポ リ マ ー manufacturing プ ロ セ ス の pose を shown し て お り, big き な イ ン パ ク ト を and え る も の で あ る. (3) recently, high mechanical strength の い ガ ラ ス shape polymer で あ る ポ リ エ ー テ ル チ オ urea (PTUEG3) が, room temperature で も repair itself す る こ と を 発 see し た. The topic of が low strength of で water-absorbing and plasticizing て machinery under high humidity in PTUEG3 で そ こ で, 疎 water な ジ シ ク ロ ヘ キ シ ル メ チ ル を has an す る チ オ urea ユ ニ ッ ト を 10 mol % だ け containing む よ う に total coincidence design し た PTUEG3 が, strong humidity に く, normal temperature で repair itself may feel つ な mechanical strength を ポ リ マ ー material と な る こ と を shows し た (j. Am. Chem. Soc. (2021). The research results of this study で, the strength of the possibly な mechanical equipment in high humidity で で use, に superiority れた self-repairability ポリ <s:1> <s:1> <s:1> design strategy を provide する.

项目成果

Supramolecular Polymerization: Its Significance and Applications to Materials Science

超分子聚合：其在材料科学中的意义和应用

• 发表时间: 2020
• 作者: Takuzo Aida

Mechanically Robust but Readily Repairable Polymeric Materials

机械坚固且易于修复的聚合物材料

• 发表时间: 2018
• 作者: 岸田 拓也;中島祥好;上田 和夫;Gerard B. Remijn;中尾 貫志;相田 卓三
• 通讯作者: 相田 卓三

Mechanically robust but healable polymer materials

机械坚固但可修复的聚合物材料

• 发表时间: 2018
• 作者: 井上昌俊;竹内敦也;堀金慎一郎;大倉正道;玄行-安藤恵子;藤井哉;上條諭志;竹本-木村さやか;狩野方伸;中井淳一;喜多村和郎;尾藤晴彦;相田 卓三
• 通讯作者: 相田 卓三

Design of Semi-Artificial Biomolecular Robotics”

半人工生物分子机器人的设计》

• 发表时间: 2018
• 作者: Wang Lin;Morita Akihiro;North Nicole M.;Baumler Stephen M.;Springfield Elliot W.;Allen Heather C.;Kitagawa Susumu;Kyoko Nozaki;Takuzo Aida
• 通讯作者: Takuzo Aida

Noncovalent Macromolecular Synthesis of Advanced Functional Materials

先进功能材料的非共价高分子合成

• 发表时间: 2019
• 作者: B. Guennec;T. Ishiguri;S. Kikuchi;M.O. Kawabata;A. Ueno;K. Ameyama;Takuzo Aida
• 通讯作者: Takuzo Aida