- 研究番号：25C14
- 研究分野：technology
- 研究種別：奨励研究
- 研究期間：2025年04月〜2026年03月
代表研究者
渡辺 清瑚 理工総研が募集する次席研究員
WATANABE Seigo Junior Researcher
理工学術院総合研究所 小柳津 研一 研究室
https://w-rdb.waseda.jp/html/100004124_ja.html
URL：https://w-rdb.waseda.jp/html/100004124_ja.html
研究概要
含硫黄ポリマーは、硫黄原子・結合の高い分極率や結合交換特性などに基づき、光学材料、電荷貯蔵材料、自己修復材料など幅広い用途において用いられている。これら含硫黄ポリマーの性質は、例えば発光デバイスの高効率化、低損失なエネルギー貯蔵、材料の長寿命化などに繋がり、エネルギー・環境問題の解決にも大きく貢献できる。
申請者はこれまで、含硫黄芳香族ポリマーを鍵物質とする高屈折率材料・低誘電損失材料・分解性高分子の設計・合成研究と、それらのデバイス応用に関する研究を推進してきた。特に、前年度の理工総研奨励研究では、ジチオアセタール基を主骨格とする一連の含硫黄ポリマーを合成し、高屈折率・可視光透明性・分解性など、前例のない透明光学材料としての性質を明らかにした。
本年度の奨励研究では、対象を多様な含硫黄芳香族ポリマーへ拡張し、光学・誘電機能高分子 (分極機能高分子) の汎用性高い分子設計指針の確立を目指す。具体的には、含硫黄芳香族ポリマーの分極率・密度・双極子を分子レベルで精密制御することで、有機材料が抱える高屈折率・低誘電損失の経験的限界を凌ぐ新材料群を実証する。併せて、将来のカーボンニュートラル社会を見据えた諸機能 (環境適合性、分解性等) も付与し、実用的かつサステイナブルな材料設計の突破口を開く。
本年度の奨励研究では、主に以下3項目に注力する。
(1) ポリジチオアセタール (PDTA) の光学特性・耐熱性向上: ジチオールとカルボニル化合物の重縮合によりPDTAを合成し、熱・光学特性を調査する。特に、構造中で最もフレキシブルなジチオアセタール基周辺の回転障壁や立体障害を高めることで、屈折率や透明性を高めつつ、耐熱性も同時に向上できる分子設計を追究する。
(2) ポリチオウレア (PTU) の屈折率・透明性向上: 申請者らが先駆けて明らかにした超高屈折率高分子:芳香族PTUに関して、主鎖構造の分極率・水素結合性を統合的に制御することで、従来成果 (Adv. Funct. Mater. 2024) をさらに上回る屈折率と可視光透明性の両立に挑む。光学機能のみならず、従来の高屈折率高分子では両立が困難であった諸特性 (耐熱性・機械特性等) も同時に付与できる方法論も探索する。
(3) 低誘電損失高分子の構造探索: 既に実証しているポリフェニレンスルフィド (PPS) 誘導体を出発点に、特に側鎖置換基の分極率や体積に着目して、誘電率・誘電正接を極小化できる含硫黄ポリマーの分子設計を追究する。候補分子群はLCRメータ・空洞共振器を用いて低〜高周波数における誘電損失を調査し、誘電緩和機構や周波数依存性についても明らかにする。
以上を通じ、(a) 超高屈折率 (~ 1.85) かつ高耐熱性 (b) 類例ない超低誘電損失 を示す含硫黄芳香族ポリマーの分子設計を、本奨励研究を通じて解明・実証することで、従来未踏の分極機能を示す新しい高分子群の開拓に繋げていく。
