米乐m6官方网站[会长：吉川博之]（以下简称“AIST”）纳米技术研究部[主任：横山浩]分子智能系统组研究组组长玉木信之、首席研究员吉田正和研究员小村长敏正在使用一种简单的一步合成方法，只需混合市售试剂即可（一锅反应)，具有多个有机电解质分子连接结构的新型有机电解质低聚物新开发的有机电解质低聚物可用于各种液体（水、有机溶剂、离子液体)可以凝固凝胶无氧化功能或完全不溶于水单壁碳纳米管（以下简称SWNT）在水中。由于其多功能性，有机电解质低聚物具有广泛的潜在应用，包括在以前困难的条件下用作增稠剂、用于电池和电容器的凝胶电解质以及与单壁碳纳米管结合的新型碳结构材料。
这项研究的部分内容计划于2007年5月29日（星期二）至5月31日（星期四）在京都国际会议中心举行的第56届高分子科学技术学会年会上发表。
近年来，凝胶作为软质材料已被广泛应用于食品、化妆品、工业增稠剂等领域，并有望得到进一步的应用。大多数凝胶材料是由琼脂和明胶等天然聚合物制成的水凝胶，但其功能有限。例如，这些凝胶在酸性条件下会分解，因此适用的水酸度受到限制。此外，当凝胶结构受到外部机械力破坏时，其恢复凝胶状态的速度极慢，这限制了凝胶的应用范围。此外，凝胶的性质根据胶凝溶剂的固有性质而有很大差异。例如，被称为功能溶剂的离子液体是一种独特的物质，既具有电解质固有的导电性，又具有在室温和压力下呈液体的特性。通过使离子液体凝胶化，预计它们将被用作电化学装置中的电解（伪）固体电解质。然而，天然胶凝剂不溶于离子液体并且尚未用于胶凝离子液体。
在这种情况下，合成凝胶的开发正在积极进行，目的是人工模仿天然凝胶的特性并增强其功能。然而，许多传统的合成胶凝剂需要多级合成步骤以及复杂的分离和纯化操作，而工业应用所必需的大规模合成仍然是一个主要问题。
AIST专注于凝胶作为软材料的应用，并一直在开发各种胶凝剂。当氢键或静电相互作用等相互作用相对较弱的官能团结合到分子中时，这些分子会形成一种组织，该组织吸收周围的溶剂并固化，这是凝胶化的一般机制，并被认为是一种在纳米技术领域引起关注的“自组装”现象。我们一直在开发一种简单的方法来合成“有机电解质低聚物”，其分子中引入了氢键、π-π相互作用和静电相互作用位点，并一直致力于研究它们使水凝胶化的能力。
这项研究和开发得到了新能源产业技术综合开发机构的产业技术研究补助金项目“开发易于合成的新型电解质胶凝剂以及使用该胶凝剂的高性能混合凝胶（2006年1月至2008年12月）”的支持。
图1由电解质胶凝剂制备的水凝胶（浓度1%重量） |
当两种廉价的市售试剂（4-氨基吡啶和4-氯甲基苯甲酰氯）在适当有机碱（如三乙胺）存在下在有机溶剂中反应时，首先发生酰胺化反应，然后发生分子间自缩合反应，一锅反应得到具有电解质结构的有机电解质低聚物。该产物是通过简单地过滤从反应溶剂中沉淀出的粉末而获得的，无需使用任何特殊的纯化手段。分子量测定表明，该有机电解质低聚物是约3～30个有机电解质单元分子连接而成的低聚物。将所得粉末添加到水中，浓度为 1%（重量），加热并溶解，然后置于室温下，很容易形成水凝胶（图 1）。传统的天然高分子胶凝剂如明胶无法在酸性区域产生水凝胶，但新获得的有机电解质低聚物可以将酸性水溶液（盐酸和磷酸溶液）胶凝至pH 1。此外，中性水产生的凝胶即使一旦受到外力机械力破坏，其强度也会在外力消除后立即恢复，具有新的应用潜力。
图2 单壁碳纳米管（SWNT）分散水凝胶 |
图3 铵基离子凝胶（右）和添加锂盐的离子凝胶（左） |
SWNT作为下一代碳材料最近引起了人们的关注。然而，由于单壁碳纳米管不溶于溶剂，因此很难使用溶液工艺对其进行加工。我们合成的有机电解质低聚物专门用作单壁碳纳米管的分散剂，只需将它们混合在一起就可以轻松分离并分散在水中。使用SWNT分散水溶液，可以通过流延或旋涂容易地形成SWNT薄膜。此外，通过增加有机电解质低聚物的浓度，可以创建一种水凝胶，其中单壁碳纳米管被分离和分散（图2）。
此外，本次合成的有机电解质低聚物的阴离子是氯离子，但这可以容易地转化为各种阴离子。我们发现，通过转化阴离子，不仅可以使水凝胶化，还可以使各种有机溶剂和离子液体凝胶化（图3）。离子液体的离子电导率与其粘度密切相关，一般粘度越高，离子电导率越低。然而，得到了一个有趣的结果：尽管粘度显着增加，但这次获得的离子凝胶的离子电导率几乎没有下降。
如此看来，这次开发的“有机电解质低聚物”是一种有趣的多功能物质，可以很容易地合成，可以胶凝各种溶剂（水、有机溶剂、离子液体），并且可以将SWNT分散在水中，可以说具有多种潜在的应用。
针对由有机电解质低聚物获得的水凝胶和离子凝胶的特定应用。例如，就水凝胶而言，它可以用作酸性废液处理的固化剂，或者利用其高速结构恢复特性用作减震器。此外，由于SWNT可以分散，因此我们正在考虑SWNT的分离和纯化应用，以及作为含有SWNT的结构材料的应用。关于离子凝胶，我们的目标是从保持其离子电导率的角度将其开发成电化学器件（例如染料敏化太阳能电池和双电层电容器中的电解质层）。