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イオン液体






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イオン液体
=イオン性液体 onic Liquids

  • イオン液体は陽イオンと陰イオンからなる常温で液体のイオン性化合物。
    • プラスの電気を帯びたイオンとマイナスの電気を帯びたイオンからなる液体の化合物、
    食塩などの固体のイオン性化合物は水に溶けて導電性が生じるが、イオン液体はそのままで導電性がある。

  • イオン液体は液体でありながら、食塩のように陽イオンと陰イオンだけで出来ている不思議な液体。

  • “これだけ性質の分からない未知の液体がこの時代まで存在していたのは奇跡。可能性はますます広がっていくだろう”
    • イオン液体を長年研究する浜口宏夫・東京大学教授は語る


第3の液体
  • 「『水』『油(有機溶媒)』に次ぐ“第3の液体”とも言われる『イオン性液体』が注目されている。国内ではステラケミファ、広栄化学工業などが商品化。


(特性公開)
  • http://ilthermo.boulder.nist.gov.
    米国立標準技術研究所は、電池の電解質材料などに使われる、イオン液体のデーターベースを公開。
  • 300種類以上。

水や油を含まない液体
  • 「特殊な有機物がイオンになった場合に液体状態を保持する。イオンは高温でも揮発しにくい。
  • 樹脂に添加すると電気を流すようになるなどの特性がある
  • 。約10年前から注目されている。
    加熱しても揮発しない『イオン性液体』と呼ばれている液体を利用した研究成果が相次いでいる。産業技術総合研究所は、イオン性液体を触媒として利用し、猛毒物質(ホスゲン)を用いずに汎用樹脂を作ることに成功。日清紡は低温環境でも性能が劣化しない自動車バッテリーを開発。





イオン性液体とは、常温でも固まらない「塩」のこと。
「常温溶解塩」とも呼ぶ。

  • 「塩」とは酸性物質の水素イオンを金属イオンで置き換えた構造の化合物で、塩酸の水素イオンをナトリウムイオンで置き換えた食塩がおなじみだ。
    食塩は常温では固体で、液体にするには100℃近くまで加熱する必要がある。それは、常温では食塩中のナトリウムイオンと塩素イオンが規則正しく並んで強固な結晶構造になっているからだ。プラス(陽)イオンとマイナス(陰)イオンの結合を解いて自由に動き回れる液体にするには、相当な熱エネルギーを与えなければならない。
    だが、塩を構成するイオンを非対称な分子構造にすると、常温でも液体のまま安定する場合があることが分かってきた。非対称なので、キレイに結晶構造を作れず、低温でも動き回れる。これがイオン性液体だ。
    スポーツ飲料などは水という溶媒の作用でイオンがバラバラになっているが、イオン性液体ではイオンだけで自由に動き回る。
    常温でも液体の塩が存在することは40年以上前から知られていたが、大気に触れると分解しやすいなど工業的には注目されなかった。
    1990年代に窒素化合物からなる陽イオンとフッ化物の陰イオンを組み合わせると、大気中でも安定的なイオン性液体になると分かり、研究が活発になった。






イオン性液体の特徴
  1. 揮発性がない。真空中でも揮発しない。
  2. イオンは電気を帯びてているため電気を通す
  3. 数百度の高温でも分解しない
  4. 燃えにくい
  5. 室温で磁石にくっつく液体
    • 東京大学の浜口宏夫教授らは2004年11/9、室温でも安定して磁石にくっつく液体を開発したと発表。液体酸素が極低温で磁石にくっつく性質は知られているが、室温でくっつく液体が見つかったのは初めて。
      抗菌剤に使われる『イミダゾール』系の正イオンと磁石にくっつく鉄の負イオンを原料に作った。イオンの結び付き方など化学的性質は食塩などと同じだが、特殊な振る舞いをする「イオン液体」になり、磁性を持つようになった。
      ガラス容器に入れて磁石を近づけると、液体が磁石の方へ移動した。
  • 工業的用途として
    • @環境負荷のない反応溶媒としての利用。
      A電気化学部品の電解質として利用。

未知の液体
  • “これだけ性質の分からない未知の液体がこの時代まで存在していたのは奇跡。可能性はますます広がっていくだろう”イオン液体を長年研究する浜口宏夫・東京大学教授は語る。
    フッ素化
    淵上寿雄・東京工業大学教授はイオン液体を使って、有用物質にフッ素原子を付けるフッ素化に成功した。医薬品などをフッ素化すると性能が高まることが知られている。しかしこれまでは有毒で揮発性の高い有機溶媒などを使ってフッ素化していた。有機溶媒の代わりにフッ素系イオン液体を使って化学反応を起こす。イオン液体は繰り返し使用できるので排出物も減らせる。
    アミノ酸・タンパク質に
    大野弘幸・東京農工大教授は、アミノ酸やタンパク質にイオン液体をくっつけることで、100℃以上でも安定して働くようにした。生体分子であるアミノ酸やタンパク質は通常、普通の体温より高い40℃以上になると働きが衰え、、最後は分子構造が壊れる。しかし、イオン液体と結合すると、イオン液体が保護する。大野教授は他の分子と組み合わせても保護効果があると見ている。
    ゼリー
    渡辺正義・横浜国立大学教授は摂氏数百度の高温でも機能するゲル(ゼリー状物質)を開発した。これまでのゲルは材料に水を使っていたので、すぐに乾燥したり、水が蒸発する100℃以上では使えなかった。





イオン液体を使った膜で電解質を作った
  • のは、東大の加藤隆史教授や東京農工大学の大野弘幸教授らが参加する共同研究グループ。
    開発した電解質は見た目はフィルム状の膜で、厚さは数十マイクロb。フィルム面には1ナノbの穴がたくさん開いている。この膜の中にイオン液体が入っている。
    イオン液体は液状物質だが、塩のように陽イオンと陰イオンだけでできており、イオンを通しやすい。研究グループはイオン液体の「イミダゾール塩」という物質と「カラムナー液晶」と呼ばれる液晶分子をくっつけ、高分子化してかためてイオンが通りやすい膜にした。
    この膜を使ってイオンの通りやすさを示す「イオン伝導度」を調べたところ、実用化されている電池の電解質膜と同程度の性能があることを確認した

無色透明で油のような粘りを持つ
  • 一見何の変哲もない液体が注目を集めている。
  • 食塩のように陽イオンと陰イオンだけで構成されているにも拘わらず、常温では結晶ではなく液体になっている不思議な「イオン液体」だ。
    2006年6/24千葉大学で開かれたイオン液体に関する公開シンポジュウム。このシンポジュウムは文部科学省の特定領域研究「イオン液体の科学」の主催。2005年度から始まったプロジェクトだ。国内の50の研究チームが一同に会し、共同研究に取り組みむ。
    イオン液体は日本では一部の学者が10年ほど前から研究してきた。応用の1つとして最も注目されているのが、電池に使う電解質だ。イオン液体は、別のイオンを混ぜても相性がよい。100℃以上の高温でも安定して動作する電池を作れる。
    1990年代後半からイオン液体研究に取り組んでいる東京農工大学の大野弘幸教授は、イミダゾリウム塩と呼ばれるリチウムイオン電池向けの電解質を作成した。従来より多くのリチウムイオンを含むため、高出力の電池開発につながる。











日本原子力研究開発機構と九州大学はこのほど、水に混じっているタンパク質を、『イオン液体』と呼ぶ特殊な液状物質中へと抽出することに成功したと発表した。
イオン液体は食塩のように陽イオンと陰イオンだけで構成されているにもかかわらず、常温で結晶ではなく液体になっている物質。
不揮発性や難燃性など特徴があり、水や有機溶媒とは異なる新溶媒としての応用が期待できる。
タンパク質は極めて溶けにくいのが課題だった。原子力機構の下条晃司郎博士研究員と九州大学の後藤雅宏教授は、新たに水酸基という分子構造を持つイオン液体を作り、『クラウンエーテル』と呼ぶ化合物と組み合わせた新溶媒を開発した。「シトクロムc」と呼ぶタンパク質を溶かした水と新溶媒を反応させると、タンパク質がイオン液体へ抽出できた


バイオベンチャーのメドレックスは、貼り薬の開発に力を入れている。人体に安全な200種類以上のイオン液体を保有している。イオン液体は揮発しにくかったり、燃えにくいところから電池などの応用研究が為されている。
メドレックスは既に飲み薬として実用化している薬効成分「エトドラク(一般名)」をイオン液体の技術で貼り薬にする。
2011年アンジェスMGはメドレックスから高分子を皮膚から吸収しやすくする製剤技術の使用権を取得した。
取得したのは常温でのイオン液体を活用した製剤技術。
イオン液体に高分子の薬剤を混ぜると皮膚からの吸収率を従来の軟膏に比べて数十倍高められる。





タミフルの原料を取り出すことに成功
  • 2015年、上智大学の臼杵豊展准教授と藤田正博准教授らは、植物の葉に含まれて薬の元となる成分を効率よく取り出す手法を開発。
  • イオン液体にイチョウ葉を浸し、細胞壁の成分であるセルロースを溶かし、タミフルの原料(シキミ酸)を抽出した。
  • 葉の重さの約4%のシキミ酸を抽出できた。





セルロースを溶かす
  • 大野弘幸・東京農工大教授らは、バイオエタノールの原料として期待されている植物繊維のセルロースを簡単に溶解できる手法を開発した。イオンだけで構成される『イオン液体』に浸すだけで溶け、さらに水に混ぜればゲル状のセルロースを分離でき、原料として使いやすくなる。→「トウモロコシ

稲ワラなどからバイオ燃料を効率よく生産
  • 2009年、トヨタ自動車や神戸大学などは、稲ワラなどの植物からバイオ燃料を効率よく生産する技術を開発した。
    植物をセルラーゼという酵素で分解してから酵母菌で発酵してつくる。
    トヨタなどは遺伝子組み換え技術を使って、分解と発酵を同時にこなす酵母菌を開発。稲ワラなどを分解しやすいようにイオン液体に浸してから酵母菌を入れると酵素を加える必要が無くなり、コストダウンにつながった。





超伝導物資の探索に活用
  • 2009年、東北大学の岩佐義宏教授らは、電気抵抗がゼロになる超電導の候補物質を効率的に見つける手法を開発した。
    これまでのように化学組成を微調整しながら何度も物質を作り直す手間が省ける。
    成果はネイチャーマテリアルズ(電子版)に掲載。
    イオン液体に候補物質と電極を入れる。両者の間に電圧をかけるとイオン液体中の陽イオンが物質の表面に近づいて物質内の電子を表面に引き寄せる。表面の電気抵抗を測定しながら温度を下げ、ゼロになれば超伝導物質と分かる。

静電気を逃す
  • 2012年、日華化学と福井県工業技術センサーは、電気を通す性質(導電性)がある「イオン液体」を合成樹脂に練り込んだ複合樹脂を開発した。

アクチュエーター
  • は電気などのエネルギーをもとに機械的な仕事をする装置。東京大学などは、左右にしなる細長い板状のアクチュエーターを開発した。
  • イオン液体を封入している。
  • 駆動電圧も従来に比べ1/10、量産も可能。
    イオン液体は液体でありながら、食塩のように陽イオンと陰イオンだけで出来ている不思議な液体。交流電圧をかけるとイオンが動く







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