課題番号 ：S-18-NU-0047
利用形態 ：共同研究
利用課題名（日本語） ：高分子プロトン伝導膜の構造解析
Program Title (English) ：Structural analysis of polymer proton conductive films
利用者名（日本語） ：長尾祐樹
Username (English) ：Y. Nagao
所属名（日本語） ：北陸先端科学技術大学院大学
Affiliation (English) ：Japan Advanced Institute of Thechnology

１．概要（Summary ）
当研究室で開発したアルキルスルホン化ポリイミド(ASPI)は、基板に対して平行なリオトロピックラメラ構造を示し、高湿度下にてラメラ面間隔を増大させながら面内方向にNafion®匹敵する高いプロトン伝導性を示す*。本支援課題では、ポリイミドの主鎖構造を様々に変えたものを合成し、薄膜の加湿下の液晶構造を湿度制御下斜入射小角X線散乱(GI-SAXS)測定を行った。その結果、合成したすべてのASPIは、加湿下にてラメラ面間隔を増大させながら、高いプロトン伝導性を示すことがわかった。

２．実験（Experimental）
合成した4種のASPI 1-4 (Figure 1)をテトラヒドロフラン(THF)/水(1/1 vol)混合溶媒を用いて、膜厚約500 nmのスピンコート膜を作製した。高輝度X線源(Rigaku FR-E)と二次元イメージングプレート検出器(Rigaku R-AXIS IV)を用い、室温下湿度制御GI-SAXS測定を行った。
Figure 1. Chemical structures of the synthesized ASPIs.
３．結果と考察（Results and Discussion）
ASPI-1から4は、いずれも高いプロトン伝導性を示した。スルホン基当たりの吸水量(λ)と湿度制御GI-SAXS測定から得られた加湿時のラメラ面間隔の増加分をプロットした結果をFigure 2に示す。吸水とともに、ほぼ直線的に面間隔が増加することが明らかとなった。
Figure 2. Lamellar distance (expansion) as a function of the λ value of the ASPI thin films.

４．その他・特記事項（Others）
参考文献
* K. Krishnan, H. Iwatsuki, M. Hara, S. Nagano, Y. Nagao, J. Mater Chem. A, vol. 2 (2014), pp. 6895-6903.
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) Y. Ono, R. Goto, M. Hara, S. Nagano, T. Abe, Y. Nagao, Macromolecules, vol. 51(2018), pp. 3351-3359.
(2) K. Takakura, Y. Ono, K. Suetsugu, M. Hara, S. Nagano, T. Abe, Y. Nagao, Polymer J., vol. 51(2019), pp.31-39.

６．関連特許（Patent）
なし