SUGA, Takeo

写真a

Affiliation

Faculty of Science and Engineering, School of Advanced Science and Engineering

Job title

Associate Professor

Homepage URL

https://www.waseda-applchem.jp/ja/professors/suga-takeo/

Concurrent Post 【 display / non-display

  • Faculty of Science and Engineering   Graduate School of Advanced Science and Engineering

Research Institute 【 display / non-display

  • 2020
    -
    2022

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

Education 【 display / non-display

  • 2004.04
    -
    2007.03

    Waseda University   Graduate School, Division of Science and Engineering   Applied Chemistry  

  • 2004.04
    -
    2007.03

    Waseda University   Graduate School, Division of Science and Engineering   Department of Applied Chemistry  

  • 2003.04
    -
    2004.03

    Waseda University   Graduate School, Division of Science and Engineering   Applied Chemistry  

  • 2003.04
    -
    2004.03

    Waseda University   Graduate School, Division of Science and Engineering   M. Eng., Department of Applied Chemistry  

  • 1999.04
    -
    2003.03

    Waseda Univeristy   Faculty of Science and Engineering   Applied Chemistry  

Degree 【 display / non-display

  • 2007.03   Waseda University   Doctor of Engineering

Research Experience 【 display / non-display

  • 2021.04
    -
    Now

    Waseda University   Department of Applied Chemistry, School of Advanced Science and Engineering   Associate Professor

  • 2016.04
    -
    2021.03

    Waseda University   Department of Applied Chemistry   Assistant Professor, tenured

  • 2012.04
    -
    2016.03

    Waseda University   Waseda Institute for Advanced Study   Assistant Professor

  • 2010.04
    -
    2012.03

    Waseda University   Research Institute for Science and Engineering   Research Assistant Professor

  • 2009.09
    -
    2010.03

    Waseda University   Graduate School of Advanced Science and Engineering   Junior Researcher

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Professional Memberships 【 display / non-display

  •  
     
     

    Research Group on Inorganic Polymers, SPSJ

  •  
     
     

    Research Group on Supramolecular Polymers, SPSJ

  •  
     
     

    RadTech Japan

  •  
     
     

    ACS, PMSE Division

  •  
     
     

    ACS, POLY Division

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Research Areas 【 display / non-display

  • Polymer chemistry   Controlled polymerization, Microphase-separation, In-situ reaction

  • Organic functional materials   Solar cells, Conjugated polymers, Charge-transport materials

  • Polymer materials   Polymer coating, polymer network, UV curing

Research Interests 【 display / non-display

  • Polymer Synthesis, Functional Polymers, Organic Electronic Device

  • Polymer Synthesis, Functional Polymers, Organic Electronic Device, Energy-Conversion and -Storage

Papers 【 display / non-display

  • Optimizing the Interdomain Spacing in Alicyclic Polythiourea toward High-Energy-Storable Dielectric Material

    Yang Feng, Liuqing Yang, Guanghao Qu, Takeo Suga, Hiroyuki Nishide, George Chen, Shengtao Li

    MACROMOLECULAR RAPID COMMUNICATIONS   41 ( 13 )  2020.07  [Refereed]

     View Summary

    Organic dielectric materials have been widely developed and investigated for energy storage capacitors. However, challenges remain in terms of the relatively low dielectric constant and energy density. Enhancing the dipolar polarization to increase the dielectric constant is considered to be an effective way to improve the energy density of polymer dielectrics. Herein, enlightened by the chain-packing structure that affects the dipolar relaxation behavior, a simple and low-cost approach is proposed to tailor the interdomain spacing in an alicyclic polythiourea (PTU) by changing quenching temperatures and further facilitate the dipolar polarization. It is found that the large interdomain spacing is beneficial to promote the localized motion of segmental chains in amorphous regions, but at the same time inevitably reduces the dipole density. Therefore, in order to achieve the highest dielectric constant in the PTU, there is an optimal value for the interdomain spacing. It is worth noting that the dielectric constant of PTU increases from 5.7 to 10, and thus the energy density increases by 53% to 16.3 J cm(-3). It proposes a simple and feasible strategy to further improve the energy density through optimizing the interdomain spacing toward high-energy-storable dielectric material.

    DOI PubMed

  • Phenolic antioxidant-incorporated durable perovskite layers and their application for a solar cell

    Koki Suwa, Takeo Suga, Kenichi Oyaizu, Hiroshi Segawa, Hiroyuki Nishide

    MRS COMMUNICATIONS   10 ( 2 ) 312 - 316  2020.06  [Refereed]

     View Summary

    The incorporation of small amounts of phenolic antioxidants, such as 2,6-di-tert-butyl-4-cresol and pentaerythritol tetrakis[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate], into photovoltaic organo-lead halide perovskite layers significantly suppressed the degradation of the perovskite compounds via light irradiation in the presence of ambient oxygen. While the facile incorporation of the antioxidants did not decrease both the quality of the formed perovskite crystal grains and the photovoltaic conversion performance of the cells, it enhanced the antioxidizing property and water repellency of the perovskite layer owing to the elimination of superoxide anion radical and hydrophobic molecular structure and improved the durability of the cells.

    DOI

  • Facile Synthesis of Isotactic Polyacrylonitrile via Template Polymerization in Interlayer Space for Dielectric Energy Storage

    Yu Wang, Ryota Nakamura, Takeo Suga, Shengtao Li, Yoshimichi Ohki, Hiroyuki Nishide, Kenichi Oyaizu

    ACS APPLIED POLYMER MATERIALS   2 ( 2 ) 775 - 781  2020.02  [Refereed]

    Authorship:Corresponding author

     View Summary

    Isotactic polyacrylonitrile (iso-PAN) is synthesized via template polymerization using the two-dimensional layered space of a CoCl2 crystal as a template. Isotacticity of polyacrylonitrile reaches a meso/meso triad = 93% (mm = 0.93), which indicates a superior packing of polymer chains, leading to a high breakdown strength. Tacticity enhancement is correlated with the interatomic (metal-metal) distance of template -layered crystals. Due to a large dipole moment (4.3 D) of nitrile group and a high stereoregularity, iso-PAN demonstrates a high discharge energy density of 6.7 J/cm(3) at 660 MV/m, nearly six times that of atactic polyacrylonitrile (ata-PAN) and biaxially oriented polypropylene (BOPP), a commercially available dielectric polymer film. Moreover, it exhibits a charge-discharge efficiency of ca. 90% in a wide applied electric field range, which is higher than the efficiencies of ata-PAN and BOPP. These results suggest that iso-PAN, exhibiting a large dipole moment and high stereoregularity, is a promising candidate for high energy density and low loss capacitor dielectrics.

    DOI

  • Tuning Conformational H-Bonding Arrays in Aromatic/Alicyclic Polythiourea toward High Energy-Storable Dielectric Material

    Yang Feng, Yui Hasegawa, Takeo Suga, Hiroyuki Nishide, Liuqing Yang, George Chen, Shengtao Li

    MACROMOLECULES   52 ( 22 ) 8781 - 8787  2019.11  [Refereed]

    Authorship:Corresponding author

     View Summary

    Polythioureas (PTUs) have been investigated as a dielectric material for an energy-storable capacitor in both experimental and computational approaches. However, the effect of dipolar polarization, closely associated with conformational H-bonding arrays, on dielectric properties under the operating frequency has never been studied in PTUs. Here, a series of PTUs with different spacers and additional dipoles are synthesized to explore the influence of conformations in thiourea units on their dielectric properties. The additional dipolar substituent (-COOH) contributes to a high dielectric constant, while accompanying a remarkable dielectric loss. Alternatively, a random copolymer is prepared to adjust the -COOH content, which displays a high dielectric constant and a suppressed dielectric loss. However, it requires strict control of the segmental ratio to meet the energy-storage demand. A neat alicyclic PTU with a flexible cyclohexyl spacer also exhibited a high dielectric constant and a low dielectric loss because of its rich trans/trans conformation, which brings about an increasing effective dipole moment per unit volume. Meanwhile, it retains high breakdown strength, thus leading to high electric energy density (U-e approximate to 10 J/cm(3)). These results suggest that tuning conformational H-bonding arrays based on molecular design is a more effective way to improve the dielectric properties of PTUs toward a very high energy storable material.

    DOI

  • Perovskite/TiO2 Interface Passivation Using Poly(vinylcarbazole) and Fullerene for the Photovoltaic Conversion Efficiency of 21%

    Wataru Okada, Takeo Suga, Kenichi Oyaizu, Hiroshi Segawa, Hiroyuki Nishide

    ACS APPLIED ENERGY MATERIALS   2 ( 4 ) 2848 - 2853  2019.04  [Refereed]

     View Summary

    Poly(vinylcarbazole) (PVCz) dispersed the typical fullerene derivative, PCBM, well in its solution, which was then coated onto a mesoporous titanium oxide (TiO2) layer. PVCz served as a scaffold to fix PCBM homogeneously and to prevent its elution out upon the following perovskite layer formation. A series of perovskite cells were fabricated upon the PVCz/PCBM-modified TiO2 layer. Many of the cells were characterized by a photovoltaic conversion efficiency of >20%, and the top cells had an efficiency of 21.1% (with an average of 21.0%). Fluorescence decay from the perovskite layer of the cell was unchanged with the PVCz/PCBM modification, suggesting an efficient charge transport to the electron-transporting layers. On the other hand, the PVCz/PCBM modification or passivation significantly reduced electroluminescence intensity under an inverse bias application, supporting an efficient suppression of carrier recombination at the TiO2 and perovskite interface.

    DOI

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Books and Other Publications 【 display / non-display

  • Superhydrophilic, Self-cleaning Coatings Based on Zwitterion Polymers

    技術情報協会( Part: Contributor, pp.601-607)

    技術情報協会  2019.06 ISBN: 9784861047510

  • リビングラジカル重合を用いたUV硬化と傾斜ナノ構造の形成, リビングラジカル重合 - 機能性高分子の合成と応用展開, pp311-317

    須賀健雄

    シーエムシー出版  2018.08 ISBN: 9784781313368

  • "両性イオンポリマーの表面偏析に基づく機械強度に優れた超親水コーティング剤の開発", 超親水・親油性表面の技術,pp58-66

    須賀健雄

    サイエンス&テクノロジー  2018.03 ISBN: 9784864281713

  • "気相重合による元素ブロック共役高分子のその場形成と電子・光物性", 元素ブロック高分子 – 有機-無機ハイブリッド材料の新概念, pp132-138

    須賀健雄

    シーエムシー出版  2015.12 ISBN: 9784781311364

  • "PEDOTの気相重合", PEDOTの材料物性とデバイス応用, pp58-64.

    須賀健雄, 西出宏之

    シーエムシー出版  2011.12 ISBN: 9784781304786

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Misc 【 display / non-display

  • Innovation needs scientists' network like polymers

    Takeo Suga

    Kobunshi   62 ( 3 ) 141  2013.03

    Book review, literature introduction, etc.  

     View Summary

    This essay includes some of my research topics on functional polymers, and episodes of my research life. I appreciate my former and current colleagues and advisors, who helped me to link to this academic world. And I believe to link scientists like polymer synthesis will lead to innovation in the future. Copyright ©2013 The Society of Polymer Science, Japan.

  • Redox-active radical polymer/vapor-phase polymerized polythiophene composite electrodes for a totally organic rechargeable battery

    Takeo Suga, Bjorn Winther-Jensen, Hiroyuki Nishide

    ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY   242  2011.08

    Research paper, summary (international conference)  

  • Redox-active radical polymers for organic-based energy-storage devices

    Hiroyuki Nishide, Takeo Suga

    ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY   242  2011.08

    Research paper, summary (international conference)  

     View Summary

    Emerging technologies with plastic-based flexible electronic devices have evoked keen interest in exploring next-generation flexible and printable power sources. We focused on durable, but highly redox-active property of organic radical molecules, and have developed a new class of redox polymers for electrode-active, charge-storage materials in a rechargeable battery. Radical polymers bearing a high density of unpaired electrons in a pendant, non-conjugated fashion on each repeating unit provided a rapid, reversible, and quantitative redox behavior in an electrode form. Careful selection of radicals (TEMPO, galvinoxyl, and nitronylnitroxide, etc.) produced remarkably reversible p- and n-type redox couples, which lead to the totally organic-based rechargeable batteries. The power-rate performance of these cells was excellent (a few seconds full charging/discharging), and organic polymer-based electrodes also allowed the fabrication of a flexible, paper-like, and transparent rechargeable energy-storage device. Microphase-separated radical-containing block copolymers and electrospun radical fibers toward new electronics applications will be also discussed.

  • Radical battery: A paper-like polymer-based rechargeable device

    Hiroyuki Nishide, Takeo Suga, Kenichi Oyaizu

    ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY   234  2007.08

    Research paper, summary (international conference)  

     View Summary

    Pendant radical polymers were used as electroactive charge-storage materials for secondary batteries. The radical polymers were designed to be slightly swelled but not to be dissolved in electrolyte solutions. Stable organic radicals such as nitroxides and galvinoxyl were employed as the redox centers, which were characterized by a rapid electron transfer process with current collectors and an efficient charge propagation (i.e. site-hopping) process within the polymer layer. The organic-based approach leads to the fabrication of transparent, light and flexible thin-film rechargeable devices, with rapid charging and high power rate characteristics.

Industrial Property Rights 【 display / non-display

  • 1液硬化型エポキシ樹脂組成物

    西出 宏之, 須賀 健雄, 小石 怜史

    Patent

  • Imide-Crosslinked Resin, Transparent Protective Films

    特許6707741

    須賀健雄, 西出宏之, 小松伸一

    Patent

  • 重合体、硬化性組成物、硬化膜及び重合体の製造方法

    佐藤嘉秀, 岩崎知一, 須賀健雄, 西出宏之

    Patent

  • 多官能化合物及びその製造方法、アミック酸化合物及びその製造方法、並びにイミド化合物の製造方法

    須賀 健雄, 西出 宏之, 小松伸一

    Patent

  • 重合体、樹脂組成物、防汚塗料組成物、重合体の製造方法、塗膜の表面にカルバメートを安定化する構造を生成する方法、塗膜の表面にカルバメートを安定化する構造を再生する

    須賀健雄, 西出宏之, 勝間田匠, 谷口佳奈, 中村淳一, 岩崎知一

    Patent

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Awards 【 display / non-display

  • 高分子学会広報委員会パブリシティ賞

    2017.05  

  • Lecture Award” in 1st Young Scientists’ Symposium on New Polymeric Materials Based on Element-Blocks

    2013.10  

  • Award for Encouragement of Research in Polymer Science

    2013.05  

  • IUPAC Macro2012 Lecture Award from ACS, PMSE

    2012.06  

  • FAPS 1st Polymer Congress, Young Scientists Poster Award

    2009.10  

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Research Projects 【 display / non-display

  • Development of Perovskite BIPV Modules for Integration to Building Windows

    太陽光発電の新市場創造技術開発

    Project Year :

    2020.07
    -
    2023.03
     

    Authorship: Principal investigator

  • Adaptive Material Design for Superhydrophilic Polymer Coatings Based on CO2 Capture

    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    Project Year :

    2018.04
    -
    2021.03
     

    須賀 健雄

     View Summary

    本研究は、水に浸漬するだけで僅かな水中濃度(300 ppm)のCO2を自発的に取り込み、海洋生物の付着防止に有効な超親水性を発現する高分子コーティングの創出を目的とする。CO2分離・回収法として汎用されるアミン類への可逆的なCO2付加・脱離挙動に対し、近接アミンを共役させたジアミン構造では分子内で両性イオンを形成し、CO2捕捉・保持能を飛躍的に向上できることを独自に見出し、超親水性を引き出す着想につなげた。平30年度は、ジアミン構造要件を整理し、1,3級及び1,2級で、スペーサー数が2のジアミン誘導体において、ジカチオン体よりも両性イオンが優先的に生成することを明らかにした(項目1)。またノボラックエポキシにジアミン部位を導入したP1及びポリグリシジルメタクリレートにジアミン付加した複数のポリマーについて、水中浸漬により親水化挙動を明らかにした(項目2)。特にCO2の吹き込みなしでも、大気下で溶存したCO2濃度でも数時間浸漬すれば超親水性を示すことから、自発的に(エネルギー負荷ゼロで)超親水化する、いわば環境「適応」型の防汚表面として期待できる。中性子反射試験からも、CO2溶存した水への浸漬によりジアミンポリマー薄膜が膨潤する挙動が示され、バルクでの超親水化挙動を支持した(項目3)。海水浸漬試験による生物付着防止・防汚効果の実証については、架橋構造の有無により生物付着挙動の違いが示唆され、藻類の付着も観察されたため、ポリマーマトリクス構造要件も整理しながら最適化を進める必要がある(項目4)。以上、計画に沿ってジアミンポリマーコーティングの設計指針に関する知見を蓄積できた。

  • CO2自発固定に基づく環境「適応」型・超親水スマートコーティングの創出

    基盤研究C

    Project Year :

    2018.04
    -
    2021.03
     

  • 水中CO2自発固定に基づくポリマーコーティングの超親水化技術の開発

    Project Year :

    2017.10
    -
    2018.09
     

  • ナノ反応場における気相重合と元素ブロック共役高分子の構造・機能制御

    新学術領域研究(研究領域提案型)

    Project Year :

    2015.04
    -
    2017.03
     

    須賀 健雄

     View Summary

    共役高分子を簡便かつ各種基材にその場(in-situ)形成できる「気相酸化重合」に着目し、特にヨウ素などの気相酸化剤を用いることで各種元素ブロック(Si, Seなど)含有π共役モノマーへと対象を広げ、低バンドギャップ・移動度高い高分子半導体の新しい形成法として提示してきた。本年度は、昨年度合成に成功した剛直多分岐構造を持つアモルファス性の共役高分子を逆型ペロブスカイト型太陽電池の電荷輸送層として検討した。また、ブロック共重合体のミクロ相分離ドメインやMOFをテンプレートとしたナノ反応場での気相重合も検討した。
    1.多分岐連結した元素ブロック共役高分子の逆型ペロブスカイト太陽電池への適用
    昨年度報告したトリス(ターチエニル)ベンゼンに加え、コア部位をトリフェニルアミンとしてチエニルまたはEDOTを三置換したモノマーをそれぞれ合成、気相重合した。チタニアフリーの逆型ペロブスカイト太陽電池のホール輸送層としての適用では、変換効率は7-8%に留まったものの歩留まりは向上し、従来の直鎖型に比べ欠陥なくアモルファスな層が形成できたためと考えられる。またEDOTを連結部位とすることで、上層のペロブスカイト層との界面濡れ性も改善した。
    2. ナノ反応場での元素ブロック共役高分子のその場形成
    汎用ブロック共重合体(例えばPS-PEO)のミクロ相分離を鋳型として、芳香族相互作用によりポリスチレン相へ共役モノマーを選択的に自己集積後、ヨウ素で重合・脱ドープし共役高分子ドメインをその場構築した。ナノ反応場での重合では、ドメイン内のヨウ素(気体)の拡散性なども鍵となる。また、京大・植村准教授との班内共同研究で、多孔性金属錯体(MOF)の一次元細孔中でもロッド状無置換ポリチオフェン(軸長~10μm)の形成に成功し、異方導電性はじめ高次構造-電子物性の相関をconductive AFMなどにより評価した。

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Presentations 【 display / non-display

  • Adaptive Material Design for Smart Marine Coatings

    Takeo Suga

  • Wettability Switching of Diamine Polymer Coatings by CO2 Capture 招待有

    Takeo Suga, Yusuke Sahashi, Hiroyuki Nishide  [Invited]

    First International Conference on 4D Materials and Systems (4DMS)  (Yonezawa)  Electrochemical Society (ECS)

    Presentation date: 2808

  • Crosslinking of Cyclic Olefin Polymer via Thermal Imidization for Transparent Film Formation

    Takeo Suga

    Polycondensation 2018  (Alexandria)  ACS Polymer Division

    Presentation date: 2018.10

  • Telechelic Polymeric Dormant: Precise Synthesis via Iodine-Transfer Controlled Radical Polymerization

    Takeo Suga, Hiroyo Sumida, Kaname Takata, Hiroyuki Nishide

    67th Symposium on Macromolecules  (Sapporo)  The Society of Polymer Science, Japan (SPSJ)

    Presentation date: 2018.09

  • Controlled Photo-curing: Temporal/Spatial Control of Nanostructure Formation

    Takeo Suga

    8th Jilin-Korea-Waseda Alliance Annual Symposium  (Waseda) 

    Presentation date: 2018.08

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Specific Research 【 display / non-display

  • CO2固定反応に基づく表面超親水化と自己洗浄性塗料への展開

    2019  

     View Summary

    水に浸漬するだけで僅かな水中濃度(300 ppm)のCO2を自発的に取り込み、海洋生物の付着防止に有効な超親水性を発現する高分子コーティングの創出を目的とした。アミン類への可逆なCO2付加に対し、近接アミンを配したジアミン構造のうち、1,2級, 1,3級及び2,3級ジアミンを置換したポリマーにおいて、分子内での両性イオンの形成によるCO2捕捉・保持能の飛躍的な向上と超親水化を明らかにした。海水浸漬試験と合わせ、中性子反射法による固液界面でのCO2取込みによる水和膨潤層の形成過程の描像し、CO2をtriggerとして繰り返し超親水化する環境「適応」型の防汚表面として提示した。

  • 精密重合によるUV硬化の新開拓:ナノ構造の同時形成と機能コーティングへの応用

    2018  

     View Summary

    迅速なUV硬化反応に敢えて「光駆動型」の精密ラジカル重合機構を組み込み、共連続傾斜ミクロドメイン構造を同時形成する手法を、ドメインのサイズ、深さ分布・化学組成の傾斜制御、ナノ粒子の傾斜配置など基盤技術として深化し、機能展開へ繋ぐことを目的とした。具体的には、(1)末端アクリレート1分子停止法の確立により、各種置換基や両末端を規定したテレケリック型高分子ドーマントの合成、(2)ミクロドメインのサイズ制御因子として、架橋剤濃度に加え、第二モノマーの反応性と熱の影響が大きいこと、(3)各種フィラーをドメイン選択的に配置し、表面濡れ性や低反射性を付与、を明らかにした。

  • 自発的CO2固定に基づく環境調和型コーティングの創出

    2016  

     View Summary

    超親水性を示す高分子コーティング材料は、生体適合性や防汚性の機能性コーティングとして広く期待されている。本研究では、内部の疎水性を保ちつつ表面のみ両性イオン化することで、超親水性と機械強度をあわせ持つコーティング材料として提案した。特にジアミン誘導体へのCO2の付加反応に着目し、級数、スペーサー数を最適化することでCO2付加体の安定性を飛躍的に向上した。ジアミンポリマーを添加したエポキシ熱硬化膜では、CO2通気だけでなく、大気開放下、水浸漬するだけでも水中の微量CO2によりコーティング表面を超親水化できることを明らかにした。

  • 反応性ブロック型高分子の合成と機能化

    2013  

     View Summary

    1. 研究目的 ラジカル・イオンを用いた有機メモリ特性の発現には、モルフォロジーの制御と機能部位の選択的なドメイン配置が鍵となる。本研究課題では、Click反応を用いてラジカル/イオンを任意の割合で導入、共存させたブロック共重合体の合成、AFMによる相分離構造解析およびI-V特性の評価を目的とする。またControl実験としてペンタフルオロフェニルエステルを有する単独重合体にラジカル/イオンを導入したランダム共重合体の合成およびI-V特性も合わせて報告する。2. アミノ基修飾イオン液体の合成とClick反応 1-メチルイミダゾールに2-ブロモエチルアミン臭化水素塩を反応させイミダゾリウム塩へと誘導後、PF6塩にアニオン交換した。中和によりアミノ基を遊離させるとイミダゾリウムからプロトン脱離によるカルベンの副生が示唆されたため、Click反応時にin-situで中和することにした。RAFT重合により得られた活性エステル(PFPA)含有ブロック共重合体(PS-PFPA)のDMF溶液にアミノ-TEMPO(PFPAに対し1当量以下、例えば0.9, 0.6当量)とトリエチルアミンを加え反応させることで、予めPFPAドメインにランダムにTEMPO基を導入した。次にone-potでアミノ基修飾イオン液体を大過剰加え未反応PFPA部位にイオン液体部を導入した。TEMPOラジカル/イオン液体部位の組成比は仕込み比で自在に調整でき、PS-PFPAのセグメント長の制御と合わせ、多様な機能性ブロック共重合体の精密合成に成功した。3. ミクロ相分離挙動とメモリ特性 イオンのみもしくはラジカル/イオン(0.70/0.30)を導入したポリマーでは、10~15nmのスフィア型の相分離構造が得られたが、ラジカルの比率の増加に伴いポリスチレンドメインとの相溶性が向上し、ラジカルのみを導入したポリマーでは明瞭なスフィア構造ではなく、凝集構造が観察された。ITO電極上にスフィア型の機能性ブロック共重合体を成膜し(100 nm)、Alを蒸着した素子では、ラジカル/イオンが共存する場合の電流電圧特性で、-2 V付近を閾値電圧としてON状態へスイッチし、ヒステリシス曲線を描いた(WORM型, ON/OFF比 10^3)。一方、ラジカルのみ、イオンのみの場合はスイッチングを示さなかった。これより、同一ドメイン内にラジカルとイオンが共存している場合のみメモリ特性を示すという従来の知見を支持した。また、ON状態、OFF状態をそれぞれ16時間以上保持した。以上、ラジカル/イオン共存型のミクロ相分離ドメイン構造の形成を目的として、Click反応を組み込んだ機能性ブロック共重合体の精密合成法を確立するとともに、メモリ素子としての特性を明らかにした。

  • イオン液体を用いた機能分子のミクロ相分離構造への選択集積

    2012  

     View Summary

     汎用ブロック共重合体(例えばPS-b-PEO)が自己組織化して形成する多様なミクロ相分離構造への機能部位の創り込みは、電荷輸送・分離界面を構築する手法として提案できる。これまでにラジカル/イオンを含むミクロドメイン構造の違いにより、例えばスフィア型では繰返し書込み可能なメモリ特性、シリンダー型では1回書込み型のメモリ特性を示し、水平ラメラ型ではメモリ特性が現れない、などメモリ特性の創り分けが可能なことを報告してきた。本研究では、メモリ特性の発現には酸化還元能を有するラジカルと電荷補償イオンとの界面構築が重要な因子と捉え、PS-b-PEOが形成するミクロ相分離構造への機能部位の選択的集積化(配置)を検討した。また、そのときに発現するメモリ特性を相分離構造と相関させて評価した。 機能部位として安定かつ迅速な電荷授受能を有するTEMPOラジカルを選択し、イオン液体部位(IL)を結合した誘導体1とILを持たない誘導体2を合成、マトリクスとしてスフィア型のポリ(スチレン-b-エチレンオキサイド)(PS-b-PEO)へと添加した。このときの相分離構造の変化をDSC, AFM, TEM, SAXS及び固体NMRにより解析した。PS-b-PEOへの1の添加では、PEOセグメントの結晶融解ピークの消失、PEOドメインサイズの増大などから1のPEOドメインへの選択配置を支持した。対称的に、2の添加では結晶融解ピークは消失せず、PEOドメイン間隔の増大などから2のPSドメインへの選択配置を支持し、以上の結果より機能性分子のドメイン選択的な配置が可能であることを明らかにした。また、1のみ10 wt%添加、および2とILを各々10 wt%添加したPS-b-PEOをそれぞれITO基板へ成膜し、アニーリング後、Alを蒸着することで単層有機メモリ素子を作製した。1を添加した素子では繰り返し書き換え可能なメモリ特性が、2とILをそれぞれ10 wt%添加した素子では一回書込み型(WORM)のメモリ特性が得られ、同一ドメイン中におけるTEMPOとイオン液体の共存の有無が発現するメモリ特性に影響することを明らかにした。一部、独・Max Planck研究所との共同研究として走査プローブ顕微鏡を用いた局所(ドメイン)導電性変化についても観測し、メモリ特性の発現機構への足がかりを得た。

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Syllabus 【 display / non-display

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Teaching Experience 【 display / non-display

  • Advanced Physical Chemistry of Polymeric Materials

    Waseda University, School of Advanced Science and Engineering  

    2021.04
    -
    Now
     

  • Functional Polymer Chemistry

    Waseda University, School of Advanced Science and Engineering  

    2021.04
    -
    Now
     

  • Industrial Chemistry

    Waseda University, School of Advanced Science and Engineering  

    2019.04
    -
    Now
     

  • Advanced Physical Chemistry B

    Waseda University, School of Advanced Science and Engineering  

    2016.04
    -
    Now
     

  • Fundamentals of Materials Chemistry

    Waseda University, School of Advanced Science and Engineering  

    2016.04
    -
    Now
     

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Committee Memberships 【 display / non-display

  • 2021.01
    -
    Now

    Kanto Branch, The Chemical Society of Japan  Secretary

  • 2020.06
    -
    Now

    The Society of Polymer Science, Japan  Event committee

  • 2019.06
    -
    Now

    The Society of Polymer Science, Japan  Editorial board

  • 2013.03
    -
    2019.03

    関東高分子若手研究会  世話人

  • 2017.05
    -
     

    高分子学会  代議員

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Media Coverage 【 display / non-display

  • New Development of UV-curing Technology in View of Morphological Control

    Newspaper, magazine

    Author: Myself  

    Japan Chemical Daily Co.   Japan Chemical Daily  

    p7 (Special Issue on UV/EB technology)  

    2020.09

  • Fostering Future Memory Technology through Collaborative Platform

    Other

    Author: Other  

    Asahi Shimbun   早稲田理工 by AERA2020  

    p35-36  

    2020.03

  • Practical Development of Self-Cleaning Coatings for Aircraft Carriers

    Newspaper, magazine

    Author: Other  

    Japan Chemical Daily Co.   Japan Chemical Daily  

    2019.08