クリーンエネルギー用の安定で耐久性のある高分子膜を設計する道筋が新しい研究で明らかになった(New study identifies path to design stable, durable polymer membranes for clean energy)

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2024-11-22 オークリッジ国立研究所(ORNL)

オークリッジ国立研究所(ORNL)とサンディア国立研究所、クレムソン大学の研究者たちは、ポリマー電解質膜の構造を制御する新たな方法を発見しました。この研究では、モデルシステムを用いて中性子散乱と計算モデルを組み合わせ、イオン性ポリマー溶液内のイオンクラスターの構造変化を調査しました。特に、エタノールを添加することでイオンクラスターの形成を制御し、ポリマーの導電性や機械的特性を調整できることが明らかになりました。この成果は、軽量で効率的なクリーンエネルギー生成デバイスの開発に寄与する可能性があります。

<関連情報>

イオン性ポリマー溶液の構造に対するクラスター効果: SANSとシミュレーションを組み合わせた研究 Clustering Effects on the Structure of Ionomer Solutions: A Combined SANS and Simulations Study

Chathurika Kosgallana,Manjula Senanayake,Supun S. Mohottalalage,Sidath Wijesinghe,Lilin He,Gary S. Grest,Dvora Perahia
Macromolecules  Published:February 13, 2024
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c01646

Abstract

クリーンエネルギー用の安定で耐久性のある高分子膜を設計する道筋が新しい研究で明らかになった(New study identifies path to design stable, durable polymer membranes for clean energy)

Ionic assemblies, or clusters, determine the structure and dynamics of ionizable polymers and enable their many applications. Fundamental to attaining well-defined materials is controlling the balance between the van der Waals interactions that govern the backbone behavior and the forces that drive the formation of ionic clusters. Here, using small-angle neutron scattering and fully atomistic molecular dynamics simulations, the structure of a model ionomer, sulfonated polystyrene in toluene solutions, was investigated as the cluster cohesion was tweaked by the addition of ethanol. The static structure factor was measured by both techniques and correlated with the size of the ionic clusters as the polymer concentration was varied. The conjunction of SANS results and molecular insight from MD simulations enabled the determination of the structure of these inhomogeneous networks on multiple length scales. We find that across the entire concentration range studied, a network driven by the formation of ionic clusters was formed, where the size of the clusters drives the inhomogeneity of these systems. Tweaking the ionic clusters through the addition of ethanol impacts the packing of the sulfonated groups, their shape, and their size distribution, which, in turn, affects the structure of these networks.

0504高分子製品
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