1分子分の厚さの高分子樹脂シートの大量合成に成功――さまざまな汎用モノマーから極薄の高分子シートが得られる可能性のある手法 東大

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東京大学は2020年7月17日、分子レベルの細孔を有する多孔性金属錯体(MOF)を鋳型として使うことで、1分子分の厚さしかない極薄の高分子シートを大量に合成することに成功したと発表した。同大学によると高分子シートとしては世界最薄となる。

高分子化合物からなる薄いシートは、さまざまな製品に活用されている。同大学によると、そのような高分子シートを薄くすることは、それらの製品の性能向上や軽量化、コスト削減などにつながる可能性があるために、多くの化学者が挑戦してきたが、一般的な塗布や延伸などの工程で合成される高分子シートは、その製造原理上、分子レベルにまで薄くすることが困難だったという。

今回の研究では、金属イオンと有機化合物とから合成され、内部にナノサイズの空間を持つMOFに着目した。MOFが有する規則的な構造の二次元状隙間空間を利用して、その隙間の中でモノマーを架橋重合することで、分子レベルの厚さの極薄高分子シートを得る、という着想で研究を進めた。

汎用的なビニルモノマーであるスチレンの分子は約0.7nmの大きさだ。それよりも少し大きい約0.8nmの隙間を持つMOFを合成し、その隙間にスチレン分子を入れることで、1分子分の厚さの二次元空間にスチレンを閉じ込めることができた。その状態でスチレンモノマーを架橋重合し、MOFを取り除くことで、1分子分の厚さのポリスチレンシートを単離することに成功した。

一般的な高分子は多数のモノマーが連結した紐状構造を持つ。しかし今回得られた高分子シートは、分子レベルでの二次元状のシート構造を持つ。これにより紐状構造のように絡み合うことがないために、非常に柔軟な性質を持つことも分かった。

今回開発した手法は、さまざまな汎用モノマーから極薄の高分子シートを得ることが可能だ。これによりさまざまな高分子、化成品産業に利用可能な新しい高分子素材を開発する手法として広範な応用が期待されるという。

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