兼担 【 表示 ／ 非表示 】

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• 理工学術院   大学院先進理工学研究科

学内研究所等 【 表示 ／ 非表示 】

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• 2020年

  -

  2022年

  理工学術院総合研究所   兼任研究員

学歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 2004年04月

  -

  2007年03月

  早稲田大学   理工学研究科   応用化学専攻  

• 2004年04月

  -

  2007年03月

  早稲田大学   理工学研究科   応用化学専攻 博士後期課程  

• 2003年04月

  -

  2004年03月

  早稲田大学   理工学研究科   応用化学専攻  

• 2003年04月

  -

  2004年03月

  早稲田大学   理工学研究科   応用化学専攻 修士課程  

• 1999年04月

  -

  2003年03月

  早稲田大学   理工学部   応用化学科  

学位 【 表示 ／ 非表示 】

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• 2007年03月   早稲田大学   博士(工学)

経歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 2021年04月

  -

  継続中

  早稲田大学   先進理工学部応用化学科   准教授

• 2016年04月

  -

  2021年03月

  早稲田大学   先進理工学部応用化学科   専任講師

• 2012年04月

  -

  2016年03月

  早稲田大学   高等研究所   テニュアトラック助教

• 2010年04月

  -

  2012年03月

  早稲田大学   理工学研究所   次席研究員(研究院講師)

• 2009年09月

  -

  2010年03月

  早稲田大学   先進理工学研究科応用化学専攻   次席研究員

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所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

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• 　

  　

  　

  無機高分子研究会

• 　

  　

  　

  超分子研究会

• 　

  　

  　

  ラドテック研究会

• 　

  　

  　

  アメリカ化学会高分子材料部門

• 　

  　

  　

  アメリカ化学会高分子部門

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研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

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• 高分子化学   精密重合、ミクロ相分離、その場反応

• 有機機能材料   太陽電池、共役高分子、電荷輸送輸送材料

• 高分子材料   高分子コーティング、架橋高分子、UV硬化

研究キーワード 【 表示 ／ 非表示 】

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• 高分子合成、機能性高分子、有機デバイス

• 高分子合成、機能性高分子、有機デバイス、エネルギー変換・貯蔵

論文 【 表示 ／ 非表示 】

論文 【 表示 ／ 非表示 】

• 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年07月  [査読有り]

  　概要を見る

  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年06月  [査読有り]

  　概要を見る

  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年02月  [査読有り]

  担当区分：責任著者

  　概要を見る

  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年11月  [査読有り]

  担当区分：責任著者

  　概要を見る

  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年04月  [査読有り]

  　概要を見る

  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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書籍等出版物 【 表示 ／ 非表示 】

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• 両性イオンポリマー表面の形成と超親水性・防汚コーティングへの展開, ナノ粒子塗工液の調整とコーティング技術

  技術情報協会( 担当： 分担執筆,  担当範囲: 第11章2節, pp.601-607)

  技術情報協会  2019年06月 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年08月 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年03月 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年12月 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年12月 ISBN: 9784781304786

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Misc 【 表示 ／ 非表示 】

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• Innovation needs scientists' network like polymers

  Takeo Suga

  Kobunshi   62 ( 3 ) 141  2013年03月

  書評論文，書評，文献紹介等  

  　概要を見る

  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年08月

  研究発表ペーパー・要旨（国際会議）  

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

  Hiroyuki Nishide, Takeo Suga

  ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY   242  2011年08月

  研究発表ペーパー・要旨（国際会議）  

  　概要を見る

  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年08月

  研究発表ペーパー・要旨（国際会議）  

  　概要を見る

  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.

産業財産権 【 表示 ／ 非表示 】

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• 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

  特許権

• イミド架橋型樹脂、透明フィルム及び表面保護フィルム

  特許6707741

  須賀健雄, 西出宏之, 小松伸一

  特許権

• 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

  特許権

• 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

  特許権

• 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

  特許権

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受賞 【 表示 ／ 非表示 】

受賞 【 表示 ／ 非表示 】

• 高分子学会広報委員会パブリシティ賞

  2017年05月  

• 新学術領域「元素ブロック」第一回若手シンポジウム優秀講演賞

  2013年10月  

• 高分子研究奨励賞 (高分子学会)

  2013年05月  

• IUPAC Macro2012 Lecture Award アメリカ化学会高分子材料部門

  2012年06月  

• FAPS 1st Polymer Congress ポスター賞

  2009年10月  

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

• 開口部向けペロブスカイトBIPVモジュールの開発

  太陽光発電の新市場創造技術開発

  研究期間:

  2020年07月

  -

  2023年03月

   

  担当区分： 研究代表者

• 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)

  研究期間:

  2018年04月

  -

  2021年03月

   

  須賀 健雄

  　概要を見る

  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

  研究期間:

  2018年04月

  -

  2021年03月

   

• 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

  研究期間:

  2017年10月

  -

  2018年09月

   

• 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)

  研究期間:

  2015年04月

  -

  2017年03月

   

  須賀 健雄

  　概要を見る

  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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講演・口頭発表等 【 表示 ／ 非表示 】

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• 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  [招待有り]

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

  発表年月： 2808年

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

  Takeo Suga

  Polycondensation 2018   (アレキサンドリア)  ACS Polymer Division  

  発表年月： 2018年10月

• ヨウ素移動精密ラジカル重合によるテレケリック型高分子ドーマントの精密合成

  須賀 健雄, 住田 裕代, 高田 要, 西出 宏之

  第67回高分子討論会   (札幌)  高分子学会  

  発表年月： 2018年09月

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

  Takeo Suga

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

  発表年月： 2018年08月

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特定課題研究 【 表示 ／ 非表示 】

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• 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年  

  　概要を見る

  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年  

  　概要を見る

  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年  

  　概要を見る

  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年  

  　概要を見る

  　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。

• 気固界面における反応集積化と有機電子材料の創出

  2012年  

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  　電荷蓄積能を持つp, n型レドックスポリマー存在下で、その場(in-situ)重合により導電性高分子(PEDOT, PEDOP)を形成することで、高容量かつフレキシブルな有機複合電極の創出を目的とする。本研究ではin-situ重合法として気相酸化重合および電解酸化重合を比較しながら、得られた複合層の電荷蓄積・輸送能について考察した。また、その場重合を有機半導体(ドナー材料)の調製法として提案し、アクセプターとの複合化による光電変換層の構築も試みた。1) p, n型ラジカルポリマーとの複合化とフレキシブル全有機二次電池の作製　気相酸化重合はラジカル機構で進行するため、TEMPO存在下では重合阻害される。過剰量の酸化剤p-トルエンスルホン酸鉄(III) (Fe(OTs)3)で予めTEMPOをオキソアンモニウムカチオンへと誘導後、基材(ガラス基板、PET不織布など)に成膜、EDOT雰囲気下で気相重合した(70°C, 60 min.)。電解酸化重合では、TEMPOが酸化される1.5 V vs. Ag/AgClを定電位印加し、その上でEDOTを供給、重合させることで複合膜を得た。得られたPEDOT/PTAm(1/3 w/w)複合膜の放電曲線では、120 C rate(30秒での高速充電に対応)においても理論容量を維持した。PEDOT組成の増加にともない出力特性が向上し、交流インピーダンス測定からも電荷移動抵抗の減少が見られたことから、PEDOTを介した電荷輸送の促進が支持された。　PET不織布上に形成したPEDOT/PTAm, PEDOT/PGSt複合膜をそれぞれ正・負極として、電解液としてイオン液体1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート(BmimBF4)を含むセパレーターを挟み、ラミネートしてフレキシブルな全有機電池を作製した。両レドックスポリマーの酸化還元電位差に相当する0.67 Vにプラトー電位を示し、繰り返し安定な充放電挙動を示す二次電池として作動することを明らかにした。2) 気相重合を用いたドナー層の構築と光電変換素子の作製　ITO基板上にホール輸送層としてPEDOT/PSS水分散液を成膜後、酸化剤溶液(Fe(OTs)3/BuOH(1, 7, 10 wt%))を塗布しターチオフェンを気相重合した。エタノール洗浄、ヒドラジンによる脱ドープを経て、ドナー層として無置換ポリチオフェンを得た。アクセプター層としてPCBM/モノクロロベンゼン溶液を積層後、ホールブロッキング層としてTiOxを形成、Alを真空蒸着して積層型素子を作製した。また、PCBMと酸化剤を塗布し、気相重合させることによってドナー・アクセプター混合(BHJ)型素子も合わせて作製した。各層の膜厚最適化およびアクセプターとして吸光度、溶解性の高いPC71BMを用いることで、積層型素子の1 Sun照射下におけるJ-V測定より変換効率η = 0.63 %を示した。また、無置換ポリチオフェンから低バンドギャップ性のポリベンゾチアジアゾールへの拡張を試み、新たなドナー層構築法としての気相重合の可能性を見出した。　以上の成果を元に、新学術領域研究(元素ブロック)に申請し、無事採択された(2013.4.)。

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現在担当している科目 【 表示 ／ 非表示 】

現在担当している科目 【 表示 ／ 非表示 】

• 実践的化学知演習II

  大学院先進理工学研究科

  2021年   秋学期

• 実践的化学知演習II

  大学院先進理工学研究科

  2021年   春学期

• 実践的化学知演習I

  大学院先進理工学研究科

  2021年   秋学期

• 実践的化学知演習I

  大学院先進理工学研究科

  2021年   春学期

• 高分子化学研究

  大学院先進理工学研究科

  2021年   通年

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担当経験のある科目(授業) 【 表示 ／ 非表示 】

担当経験のある科目(授業) 【 表示 ／ 非表示 】

• 高分子物性・材料特論

  早稲田大学先進理工学部  

  2021年04月

  -

  継続中

   

• 機能高分子化学

  早稲田大学先進理工学部  

  2021年04月

  -

  継続中

   

• 工業化学

  早稲田大学先進理工学部  

  2019年04月

  -

  継続中

   

• 上級物理化学B

  早稲田大学先進理工学部  

  2016年04月

  -

  継続中

   

• Fundamentals of Materials Chemistry

  早稲田大学先進理工学部  

  2016年04月

  -

  継続中

   

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委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

• 2021年01月

  -

  継続中

  日本化学会関東支部  幹事

• 2020年06月

  -

  継続中

  高分子学会  行事委員

• 2019年06月

  -

  継続中

  高分子学会  会誌編集委員

• 2013年03月

  -

  2019年03月

  関東高分子若手研究会  世話人

• 2017年05月

  -

  　

  高分子学会  代議員

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メディア報道 【 表示 ／ 非表示 】

メディア報道 【 表示 ／ 非表示 】

• 相分離形成プロセスとしてのUV硬化の新展開

  新聞・雑誌

  執筆者： 本人  

  化学工業日報社   化学工業日報  

  第7面(UV/EB特集)  

  2020年09月

• 「面の連携」で育てる未来のメモリ技術の芽

  その他

  執筆者： 本人以外  

  朝日新聞出版   早稲田理工 by AERA2020  

  p35-36  

  2020年03月

• 航空機防汚に実用へ

  新聞・雑誌

  執筆者： 本人以外  

  化学工業日報社   化学工業日報  

  2019年08月