JP2002358821A - 液晶性イオン伝導体とその製造方法 - Google Patents
液晶性イオン伝導体とその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 異方性を有する反応溶媒、イオン伝導体ある
いは電場応答性伝導体等として、電気、電子、化学、生
物工学の分野等で有用な、新規な液晶性イオン伝導体と
その製造方法を提供する。 【解決手段】 有機溶融塩と、これとの相溶性部および
液晶配向性部を有する液晶性有機分子あるいは液晶性無
機分子を混合することで、液晶性分子に有機溶融塩が複
合化されている液晶性イオン伝導体とする。
いは電場応答性伝導体等として、電気、電子、化学、生
物工学の分野等で有用な、新規な液晶性イオン伝導体と
その製造方法を提供する。 【解決手段】 有機溶融塩と、これとの相溶性部および
液晶配向性部を有する液晶性有機分子あるいは液晶性無
機分子を混合することで、液晶性分子に有機溶融塩が複
合化されている液晶性イオン伝導体とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、液晶性イ
オン伝導体とその製造方法に関するものである。さらに
詳しくは、この出願の発明は、異方性を有する反応溶
媒、イオン伝導体あるいは電場応答性伝導体等として、
電気、電子、化学、生物工学の分野等で有用な新規な液
晶性イオン伝導体とその製造方法に関するものである。
オン伝導体とその製造方法に関するものである。さらに
詳しくは、この出願の発明は、異方性を有する反応溶
媒、イオン伝導体あるいは電場応答性伝導体等として、
電気、電子、化学、生物工学の分野等で有用な新規な液
晶性イオン伝導体とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】イオン性液体である有機溶融
塩は、熱的・化学的・電気化学的に安定であって、カチ
オン、アニオンのイオンのみからなる高いイオン伝導性
を示す液体であり、不燃性であり、不揮発性であり、水
あるいは有機溶媒に対する溶解性が低い等の優れた性質
を併せ持っている。また、有機溶融塩は、カチオンとア
ニオンの組み合わせに多様性があることから、従来よ
り、さまざまな有機溶融塩およびその応用が数多く報告
されている。
塩は、熱的・化学的・電気化学的に安定であって、カチ
オン、アニオンのイオンのみからなる高いイオン伝導性
を示す液体であり、不燃性であり、不揮発性であり、水
あるいは有機溶媒に対する溶解性が低い等の優れた性質
を併せ持っている。また、有機溶融塩は、カチオンとア
ニオンの組み合わせに多様性があることから、従来よ
り、さまざまな有機溶融塩およびその応用が数多く報告
されている。
【０００３】たとえば、有機溶融塩に触媒が溶けやすく
設計することにより、反応終了後の触媒を分液操作で有
機溶融塩層に選択的に移動させ、目的とする反応生成物
のみを分離層に分離して抽出することができるようにし
た有機溶融塩が報告されている。これは、有機溶融塩の
有機および水層への低い溶解性を利用したものであり、
これによって高価な触媒の回収と再利用が可能となる。
設計することにより、反応終了後の触媒を分液操作で有
機溶融塩層に選択的に移動させ、目的とする反応生成物
のみを分離層に分離して抽出することができるようにし
た有機溶融塩が報告されている。これは、有機溶融塩の
有機および水層への低い溶解性を利用したものであり、
これによって高価な触媒の回収と再利用が可能となる。
【０００４】また、有機溶融塩は単独では液体であって
流動性を有することから、伝導性を保ちつつフィルム化
するという技術の研究等も行われている。このように、
有機溶融塩は電気化学の分野においても注目され、その
高い伝導率から、次世代電解質としての実用が期待され
ている。
流動性を有することから、伝導性を保ちつつフィルム化
するという技術の研究等も行われている。このように、
有機溶融塩は電気化学の分野においても注目され、その
高い伝導率から、次世代電解質としての実用が期待され
ている。
【０００５】しかしながら、上記のような有機溶融塩
は、単なる反応溶媒としての利用に限られていたり、電
気化学の分野での利用においても等方的な場における伝
導性のみを評価するなど、その応用の幅に大きな制限が
あった。
は、単なる反応溶媒としての利用に限られていたり、電
気化学の分野での利用においても等方的な場における伝
導性のみを評価するなど、その応用の幅に大きな制限が
あった。
【０００６】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を
解消し、異方性を有する反応溶媒、イオン伝導体あるい
は電場応答性伝導体等として、電気、電子、化学、生物
工学の分野等で有用な新規な液晶性イオン伝導体とその
製造方法を提供することを課題としている。
事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を
解消し、異方性を有する反応溶媒、イオン伝導体あるい
は電場応答性伝導体等として、電気、電子、化学、生物
工学の分野等で有用な新規な液晶性イオン伝導体とその
製造方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで、この出願の発明
は、上記の課題を解決するものとして、以下の通りの発
明を提供する。
は、上記の課題を解決するものとして、以下の通りの発
明を提供する。
【０００８】すなわち、まず第１には、この出願の発明
は、有機溶融塩と液晶性分子とが混合複合化されている
ことを特徴とする液晶性イオン伝導体を提供し、第２に
は、液晶性分子の層間に有機溶融塩が複合化されている
ことを特徴とする液晶性イオン伝導体を、第３には、セ
ル化または配向セル化されていることを特徴とする液晶
性イオン伝導体を提供する。
は、有機溶融塩と液晶性分子とが混合複合化されている
ことを特徴とする液晶性イオン伝導体を提供し、第２に
は、液晶性分子の層間に有機溶融塩が複合化されている
ことを特徴とする液晶性イオン伝導体を、第３には、セ
ル化または配向セル化されていることを特徴とする液晶
性イオン伝導体を提供する。
【０００９】また第４には、液晶性分子は、有機溶融塩
との相溶性部と液晶配向性部を有していることを特徴と
する上記いずれかの液晶性イオン伝導体を提供する。
との相溶性部と液晶配向性部を有していることを特徴と
する上記いずれかの液晶性イオン伝導体を提供する。
【００１０】第５には、スメクチック構造を有すること
を特徴とする上記いずれかの液晶性イオン伝導体を、第
６には、カラムナー構造もしくはキュービック構造を有
していることを特徴とする上記いずれかの液晶性イオン
伝導体を提供する。
を特徴とする上記いずれかの液晶性イオン伝導体を、第
６には、カラムナー構造もしくはキュービック構造を有
していることを特徴とする上記いずれかの液晶性イオン
伝導体を提供する。
【００１１】そして、この出願の発明は、第７には、以
上の液晶性イオン伝導体の製造方法であって、有機溶融
塩と、液晶性分子を混合することを特徴とする液晶性イ
オン伝導体の製造方法を提供し、第８には、上記の発明
方法において、有機溶融塩および、液晶性分子をそれぞ
れ有機溶媒に溶解し、溶液として混合することを特徴と
する液晶性イオン伝導体の製造方法を、第９には、上記
第７または第８の発明方法において、セル化または配向
セル化することを特徴とする液晶性イオン伝導体の製造
方法を、第１０には、有機溶融塩が、イミダゾリウム系
溶融塩であることを特徴とする液晶性イオン伝導体の製
造方法を提供する。
上の液晶性イオン伝導体の製造方法であって、有機溶融
塩と、液晶性分子を混合することを特徴とする液晶性イ
オン伝導体の製造方法を提供し、第８には、上記の発明
方法において、有機溶融塩および、液晶性分子をそれぞ
れ有機溶媒に溶解し、溶液として混合することを特徴と
する液晶性イオン伝導体の製造方法を、第９には、上記
第７または第８の発明方法において、セル化または配向
セル化することを特徴とする液晶性イオン伝導体の製造
方法を、第１０には、有機溶融塩が、イミダゾリウム系
溶融塩であることを特徴とする液晶性イオン伝導体の製
造方法を提供する。
【００１２】さらに、この出願の発明は、上記第７ない
し第１０の発明方法について、第１１には、液晶性分子
が、スメクチック構造を形成することを特徴とする液晶
性イオン伝導体の製造方法を、第１２には、液晶性分子
が、カラムナー構造もしくはキュービック構造を形成す
ることを特徴とする液晶性イオン伝導体の製造方法を提
供する。
し第１０の発明方法について、第１１には、液晶性分子
が、スメクチック構造を形成することを特徴とする液晶
性イオン伝導体の製造方法を、第１２には、液晶性分子
が、カラムナー構造もしくはキュービック構造を形成す
ることを特徴とする液晶性イオン伝導体の製造方法を提
供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記の通りの
特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
【００１４】この出願の発明者らは、有機溶融塩が液晶
特性を備えることで、有機溶融塩本来の伝導性等の性質
を保持したまま、液晶性に起因する異方性、電場応答
性、自己組織性を実現することができることに着目し
た。
特性を備えることで、有機溶融塩本来の伝導性等の性質
を保持したまま、液晶性に起因する異方性、電場応答
性、自己組織性を実現することができることに着目し
た。
【００１５】単独で液晶性を有する有機溶融塩は、最近
になって、K.R.Seddonらを始めとしていくつかのグルー
プにより報告されている。しかしながら、これらはいず
れも長鎖アルキル基を有する単純な構造からなるものに
限定されており、また、イオン伝導性については測定さ
れていない。そして、有機溶融塩の総数と比較してその
数は極めて少ないものである。これは、有機溶融塩単体
における液晶性の発現には、所望の有機溶融塩の設計お
よび合成が困難であることを示している。つまり、液晶
性有機溶融塩にはさまざまな有用性が期待されているも
のの、単体の液晶性有機溶融塩化合物のみでそれを実現
するには限界がある。
になって、K.R.Seddonらを始めとしていくつかのグルー
プにより報告されている。しかしながら、これらはいず
れも長鎖アルキル基を有する単純な構造からなるものに
限定されており、また、イオン伝導性については測定さ
れていない。そして、有機溶融塩の総数と比較してその
数は極めて少ないものである。これは、有機溶融塩単体
における液晶性の発現には、所望の有機溶融塩の設計お
よび合成が困難であることを示している。つまり、液晶
性有機溶融塩にはさまざまな有用性が期待されているも
のの、単体の液晶性有機溶融塩化合物のみでそれを実現
するには限界がある。
【００１６】そこで、この出願の発明者らは、有機溶融
塩に液晶特性を付与するという視点から鋭意研究を重ね
た結果、本願の発明に達するに至った。すなわち、ま
ず、この出願の発明が提供する液晶性イオン伝導体は、
有機溶融塩と液晶性分子とが混合複合化されていること
を特徴としており、その製造方法は、有機溶融塩と液晶
性分子とを混合することで、液晶相が形成されるように
している。
塩に液晶特性を付与するという視点から鋭意研究を重ね
た結果、本願の発明に達するに至った。すなわち、ま
ず、この出願の発明が提供する液晶性イオン伝導体は、
有機溶融塩と液晶性分子とが混合複合化されていること
を特徴としており、その製造方法は、有機溶融塩と液晶
性分子とを混合することで、液晶相が形成されるように
している。
【００１７】有機溶融塩（イオン性液体）としては、各
種のものを用いることができる。たとえば、具体的に
は、カチオン骨格として、それぞれ次式で示される、イ
ミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリ
ジニウムカチオン、アンモニウムカチオン、フォスフォ
ニウムカチオンおよびスルフォニウムカチオン等を有
し、アニオンとしてＣｌ-、Ｂｒ-、Ｉ-、ＮＯ3 -、ＢＦ4
-、ＰＦ6 -、ＡsＦ6 -、ＴＦＳＩ-等を組み合わせた有機
溶融塩などを例示することができる。
種のものを用いることができる。たとえば、具体的に
は、カチオン骨格として、それぞれ次式で示される、イ
ミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリ
ジニウムカチオン、アンモニウムカチオン、フォスフォ
ニウムカチオンおよびスルフォニウムカチオン等を有
し、アニオンとしてＣｌ-、Ｂｒ-、Ｉ-、ＮＯ3 -、ＢＦ4
-、ＰＦ6 -、ＡsＦ6 -、ＴＦＳＩ-等を組み合わせた有機
溶融塩などを例示することができる。
【００１８】
【化１】
【００１９】
【化２】
【００２０】
【化３】
【００２１】
【化４】
【００２２】
【化５】
【００２３】
【化６】
【００２４】（式中のＲおよびＲI，ＲII，ＲIIIは同一
または別異のアルキル基、ペルフルオロアルキル基、ハ
ロゲン基、ニトロ基、シアノ基を示す。） また、分子内にキラリティーを有する有機溶融塩等も使
用することができる。なかでも、有機溶融塩として好適
には、大気中で安定に存在し、吸湿性が低くて、電位窓
が広く、イオン伝導性が高いことが知られているイミダ
ゾリウム系溶融塩を用いることが好ましい例として示さ
れる。
または別異のアルキル基、ペルフルオロアルキル基、ハ
ロゲン基、ニトロ基、シアノ基を示す。） また、分子内にキラリティーを有する有機溶融塩等も使
用することができる。なかでも、有機溶融塩として好適
には、大気中で安定に存在し、吸湿性が低くて、電位窓
が広く、イオン伝導性が高いことが知られているイミダ
ゾリウム系溶融塩を用いることが好ましい例として示さ
れる。
【００２５】この出願の発明において、液晶性分子とし
ては、上記の有機溶融塩との相溶性部と、液晶配向性部
を有するものを使用することができる。液晶性分子は、
分子量が１万以上の高分子であってもよいし、分子量が
数百程度以下の低分子であってもよいが、好適には低分
子である。また、無機物であっても有機物であってもよ
い。
ては、上記の有機溶融塩との相溶性部と、液晶配向性部
を有するものを使用することができる。液晶性分子は、
分子量が１万以上の高分子であってもよいし、分子量が
数百程度以下の低分子であってもよいが、好適には低分
子である。また、無機物であっても有機物であってもよ
い。
【００２６】相溶性部は、この液晶性分子が有機溶融塩
に物理的に結合する部分であって、その結合は自発的に
形成されることになる。このように、この出願の発明に
おいて特徴的である相溶性部としては、用いる有機溶融
塩に対して相溶性を示すものであればよいが、具体的に
は、たとえば以下の化学構造式で示されるもの等を例示
することができる。
に物理的に結合する部分であって、その結合は自発的に
形成されることになる。このように、この出願の発明に
おいて特徴的である相溶性部としては、用いる有機溶融
塩に対して相溶性を示すものであればよいが、具体的に
は、たとえば以下の化学構造式で示されるもの等を例示
することができる。
【００２７】
【化７】
【００２８】
【化８】
【００２９】
【化９】
【００３０】
【化１０】
【００３１】
【化１１】
【００３２】
【化１２】
【００３３】
【化１３】
【００３４】
【化１４】
【００３５】（式中のＲはアルキル基を、ＸおよびＹは
ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＮＨ2基、ＳＯ3Ｈ基、ＰＯ4Ｈ基
のいずれかを示す。） また、この出願の発明の液晶性分子においては、その液
晶配向性部としては、液晶性分子が有機溶融塩に物理的
に結合したときに、異方性や電場応答性等といった液晶
性を発現するものを用いることができる。液晶性分子
は、単体として、液晶性を示すものや、液晶性を示さな
いものであってもよい。このような液晶配向性部は、具
体的には、たとえば以下の化学構造式で示されるもの等
を例示することができる。
ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＮＨ2基、ＳＯ3Ｈ基、ＰＯ4Ｈ基
のいずれかを示す。） また、この出願の発明の液晶性分子においては、その液
晶配向性部としては、液晶性分子が有機溶融塩に物理的
に結合したときに、異方性や電場応答性等といった液晶
性を発現するものを用いることができる。液晶性分子
は、単体として、液晶性を示すものや、液晶性を示さな
いものであってもよい。このような液晶配向性部は、具
体的には、たとえば以下の化学構造式で示されるもの等
を例示することができる。
【００３６】
【化１５】
【００３７】
【化１６】
【００３８】
【化１７】
【００３９】
【化１８】
【００４０】
【化１９】
【００４１】
【化２０】
【００４２】
【化２１】
【００４３】
【化２２】
【００４４】（式中の、ｐは０〜２を示し、Ｘは置換基
を、ＹおよびＺは同一または別異で単結合、二重結合、
三重結合が含まれてもよい炭素鎖を示す。） これらの液晶配向性部は、ネマチック相、スメクチック
相や、ヘキサゴナルカラムナー相、あるいはキュービッ
ク相を形成するものである。
を、ＹおよびＺは同一または別異で単結合、二重結合、
三重結合が含まれてもよい炭素鎖を示す。） これらの液晶配向性部は、ネマチック相、スメクチック
相や、ヘキサゴナルカラムナー相、あるいはキュービッ
ク相を形成するものである。
【００４５】このような液晶性分子において、相溶性部
と液晶配向性部は、たとえば、（ＣＨ2ＣＨ2）n、（Ｃ
Ｈ2ＯＣＨ2）n（ｎは自然数を示す。）等で表される任
意の有機鎖で繋がれているものとすることができる。そ
して、液晶性分子中にこれら相溶性部および液晶配向性
部は、分子構造内に側鎖として存在していてもよいし、
主鎖に含まれていてもよい。また、特に液晶性分子が多
糖類等の高分子からなる場合などには、２つ以上の同一
または異種の相溶性部および液晶配向性部が存在してい
てもよい。また、液晶性分子に、たとえば、メタクリル
基、アクリル基およびエポキシ基等の重合基が含まれて
いてもよい。
と液晶配向性部は、たとえば、（ＣＨ2ＣＨ2）n、（Ｃ
Ｈ2ＯＣＨ2）n（ｎは自然数を示す。）等で表される任
意の有機鎖で繋がれているものとすることができる。そ
して、液晶性分子中にこれら相溶性部および液晶配向性
部は、分子構造内に側鎖として存在していてもよいし、
主鎖に含まれていてもよい。また、特に液晶性分子が多
糖類等の高分子からなる場合などには、２つ以上の同一
または異種の相溶性部および液晶配向性部が存在してい
てもよい。また、液晶性分子に、たとえば、メタクリル
基、アクリル基およびエポキシ基等の重合基が含まれて
いてもよい。
【００４６】たとえば以上のような有機溶融塩と液晶性
分子を混合することで、有機溶融塩に液晶相を自発的に
形成させることができる。混合体においては、液晶性分
子の相溶性部が相互作用して複合化し、安定した複合体
が自発的に形成されることになる。
分子を混合することで、有機溶融塩に液晶相を自発的に
形成させることができる。混合体においては、液晶性分
子の相溶性部が相互作用して複合化し、安定した複合体
が自発的に形成されることになる。
【００４７】有機溶融塩と液晶性分子の混合は、直接溶
融混合してもよいし、溶媒に溶解してから混合してもよ
い。直接溶融混合する場合は、混合体として液晶性イオ
ン伝導体が得られ、溶媒を用いる場合は、有機溶融塩お
よび液晶性分子をそれぞれ、エタノール等のアルコール
類あるいはクロロホルム等の有機溶媒に溶解し、それら
の溶液を混合することで、簡便に均一な混合を可能と
し、次いで、混合溶液の溶媒を蒸発除去し、残った生成
物を乾燥することで、液晶性イオン伝導体が得られる。
溶媒の除去には、適温に加熱するなどしてもよい。たと
えば、有機溶媒としてクロロホルムを用いた場合には６
０℃程度に加熱することで迅速に溶媒を除去することが
できる。さらに、真空乾燥することなども効果的であ
る。これによって、液晶性が付与された有機溶融塩であ
る液晶性イオン伝導体が実現される。
融混合してもよいし、溶媒に溶解してから混合してもよ
い。直接溶融混合する場合は、混合体として液晶性イオ
ン伝導体が得られ、溶媒を用いる場合は、有機溶融塩お
よび液晶性分子をそれぞれ、エタノール等のアルコール
類あるいはクロロホルム等の有機溶媒に溶解し、それら
の溶液を混合することで、簡便に均一な混合を可能と
し、次いで、混合溶液の溶媒を蒸発除去し、残った生成
物を乾燥することで、液晶性イオン伝導体が得られる。
溶媒の除去には、適温に加熱するなどしてもよい。たと
えば、有機溶媒としてクロロホルムを用いた場合には６
０℃程度に加熱することで迅速に溶媒を除去することが
できる。さらに、真空乾燥することなども効果的であ
る。これによって、液晶性が付与された有機溶融塩であ
る液晶性イオン伝導体が実現される。
【００４８】この出願の発明の液晶性イオン伝導体は、
その構造としては、たとえば、液晶性分子によって形成
されるさまざまな形態の層間に、有機溶融塩が複合化さ
れている。図１は、その一つの例として、液晶性分子に
よってスメクチック相が形成され、その層間に有機溶融
塩が複合化されている場合の液晶性イオン伝導体の構造
を模式的に例示したものである。液晶性分子の長軸が一
定方向に配向しかつ互いに相互作用して層状構造を形成
している。その層間は、そこに存在する有機溶融塩によ
ってイオン伝導性を示す。すなわち、この液晶性イオン
伝導体は、ナノメーターレベルで、イオン伝導部（有機
溶融塩）と非イオン伝導部分（液晶性分子）が層状構造
を形成して複合化している。また、液晶性分子による異
方性、電場応答性をも備えるものとなる。
その構造としては、たとえば、液晶性分子によって形成
されるさまざまな形態の層間に、有機溶融塩が複合化さ
れている。図１は、その一つの例として、液晶性分子に
よってスメクチック相が形成され、その層間に有機溶融
塩が複合化されている場合の液晶性イオン伝導体の構造
を模式的に例示したものである。液晶性分子の長軸が一
定方向に配向しかつ互いに相互作用して層状構造を形成
している。その層間は、そこに存在する有機溶融塩によ
ってイオン伝導性を示す。すなわち、この液晶性イオン
伝導体は、ナノメーターレベルで、イオン伝導部（有機
溶融塩）と非イオン伝導部分（液晶性分子）が層状構造
を形成して複合化している。また、液晶性分子による異
方性、電場応答性をも備えるものとなる。
【００４９】このような複合化によって、液晶性分子は
液晶性を発現する。単体では液晶性を示さなかった液晶
性分子も、液晶性を発現する。また、単体で液晶性を示
す液晶性分子であっても、その液晶特性が変化されるこ
ともある。たとえば、より熱的に安定な液晶相へ変化す
ることや、液晶転移温度範囲が広くなるといった効果等
が得られる場合がある。具体的には、たとえば、液晶性
分子がカラムラー相を形成し、その円筒内に有機溶融塩
が存在することで層状構造となる場合、液晶性イオン伝
導体の液晶特性が変化する場合がある。そして、有機溶
融塩については、液晶性イオン伝導体においても本来の
高い伝導性や自由な分子運動性等を全く失うことはな
い。
液晶性を発現する。単体では液晶性を示さなかった液晶
性分子も、液晶性を発現する。また、単体で液晶性を示
す液晶性分子であっても、その液晶特性が変化されるこ
ともある。たとえば、より熱的に安定な液晶相へ変化す
ることや、液晶転移温度範囲が広くなるといった効果等
が得られる場合がある。具体的には、たとえば、液晶性
分子がカラムラー相を形成し、その円筒内に有機溶融塩
が存在することで層状構造となる場合、液晶性イオン伝
導体の液晶特性が変化する場合がある。そして、有機溶
融塩については、液晶性イオン伝導体においても本来の
高い伝導性や自由な分子運動性等を全く失うことはな
い。
【００５０】また、この出願の発明においては、セル化
あるいは配向セル化によって高い異方性イオン伝導性を
実現することもできる。このことは、特に電気自動車用
電池の応用等において大きな寄与をなすものである。
あるいは配向セル化によって高い異方性イオン伝導性を
実現することもできる。このことは、特に電気自動車用
電池の応用等において大きな寄与をなすものである。
【００５１】また、有機溶融塩および液晶性分子の組み
合わせはほぼ無限であることから、所望の特性を有する
液晶性イオン伝導体を設計することが可能である。
合わせはほぼ無限であることから、所望の特性を有する
液晶性イオン伝導体を設計することが可能である。
【００５２】たとえば、次式
【００５３】
【化２３】
【００５４】（式中のＲ，ＲI，ＲIIは各々、同一また
は別異に、水素原子、アルキル基；たとえばＣnＨ2n+1
（ｎ＝６〜２２）、脂環式基，芳香族基，芳香族アルキ
ル基，ペルフルオロ基；たとえばＣnＦ2n+1（ｎ＝６〜
２２），ＣＨ2＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−，ＣＨ2＝Ｃ（ＣＯＨ
3）−ＣＯ−Ｏ−，次式
は別異に、水素原子、アルキル基；たとえばＣnＨ2n+1
（ｎ＝６〜２２）、脂環式基，芳香族基，芳香族アルキ
ル基，ペルフルオロ基；たとえばＣnＦ2n+1（ｎ＝６〜
２２），ＣＨ2＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−，ＣＨ2＝Ｃ（ＣＯＨ
3）−ＣＯ−Ｏ−，次式
【００５５】
【化２４】
【００５６】のベンジルオキシ基等を示し、Ｙは、−Ｃ
Ｏ−Ｏ−，または−ＮＨ−ＣＯ−を示し、ｍ＝１〜４で
あって、Ｚは、次式
Ｏ−Ｏ−，または−ＮＨ−ＣＯ−を示し、ｍ＝１〜４で
あって、Ｚは、次式
【００５７】
【化２５】
【００５８】のいずれか３基を示す）で表わされる液晶
性分子と、有機溶融塩と複合化によって、スメクチック
構造の液晶性イオン伝導体とともに、これと別体とし
て、カラムナー構造あるいはキュービック構造を有する
液晶性イオン伝導体が実現される。この場合の有機溶融
塩としては、たとえば、前記の［化１］から［化６］に
例示したカチオンを有するものが良好なものとして挙げ
られる。
性分子と、有機溶融塩と複合化によって、スメクチック
構造の液晶性イオン伝導体とともに、これと別体とし
て、カラムナー構造あるいはキュービック構造を有する
液晶性イオン伝導体が実現される。この場合の有機溶融
塩としては、たとえば、前記の［化１］から［化６］に
例示したカチオンを有するものが良好なものとして挙げ
られる。
【００５９】前記［化２３］で表わされる液晶性分子化
合物は、一群の両親媒性分子であって、この群は、前記
の符号Ｒ，ＲI，ＲIIが、疎イオン性部位となるアルキ
ル基、芳香族アルキル基、ペルフルオロアルキル基など
であり、符号Ｙが、エステル結合またはアミド結合であ
り、符号Ｚが、親イオン性部位となる水酸基、イミダゾ
ール基、イミダゾリウムカチオン基（重合基を含む）、
ピリジニウムカチオン基（重合基を含む）などの分子に
よって構成される。
合物は、一群の両親媒性分子であって、この群は、前記
の符号Ｒ，ＲI，ＲIIが、疎イオン性部位となるアルキ
ル基、芳香族アルキル基、ペルフルオロアルキル基など
であり、符号Ｙが、エステル結合またはアミド結合であ
り、符号Ｚが、親イオン性部位となる水酸基、イミダゾ
ール基、イミダゾリウムカチオン基（重合基を含む）、
ピリジニウムカチオン基（重合基を含む）などの分子に
よって構成される。
【００６０】スメチック構造の液晶性イオン伝導体にお
いては、層状の組織において、層に平行方向のみに選択
的にイオン伝導が行われることになり、一方、カラムナ
ー構造の液晶性イオン伝導体においては、カラム軸と平
行方向に選択的にイオン伝導が行われることなる。
いては、層状の組織において、層に平行方向のみに選択
的にイオン伝導が行われることになり、一方、カラムナ
ー構造の液晶性イオン伝導体においては、カラム軸と平
行方向に選択的にイオン伝導が行われることなる。
【００６１】このように、この出願の発明によって、所
望の液晶性が付与された有機溶融塩が実現できる。酵素
反応をはじめとする多くの反応は、基質分子が規則的に
配置あるいは配列した状態において高い活性、選択性、
あるいは反応時間の短縮等が実現される。したがって、
このような系にこの出願の発明の液晶性イオン伝導体を
使用することで、基質分子の規則的な配置あるいは配列
を制御可能な反応場を提供することができる。また逆
に、液晶材料に対してイオン伝導性を付与することもで
きる。
望の液晶性が付与された有機溶融塩が実現できる。酵素
反応をはじめとする多くの反応は、基質分子が規則的に
配置あるいは配列した状態において高い活性、選択性、
あるいは反応時間の短縮等が実現される。したがって、
このような系にこの出願の発明の液晶性イオン伝導体を
使用することで、基質分子の規則的な配置あるいは配列
を制御可能な反応場を提供することができる。また逆
に、液晶材料に対してイオン伝導性を付与することもで
きる。
【００６２】したがって、この出願の発明の液晶性イオ
ン伝導体は、たとえば、（１）異方的な反応場を実現す
る反応溶媒、（２）イオンを異方的に輸送する伝導体、
（３）電場によりイオンの伝導方向が自在に制御できる
材料、（４）液晶相、液晶相転移あるいは液晶相、等方
相転移に基づく物質の選択的透過／遮断材料、（５）液
晶層構造に由来する生体模倣材料などとして、化学工
業、電気化学工業、電子工学、さらには生物工学等に関
連する分野において極めて有用な機能性材料を提供する
ものである。
ン伝導体は、たとえば、（１）異方的な反応場を実現す
る反応溶媒、（２）イオンを異方的に輸送する伝導体、
（３）電場によりイオンの伝導方向が自在に制御できる
材料、（４）液晶相、液晶相転移あるいは液晶相、等方
相転移に基づく物質の選択的透過／遮断材料、（５）液
晶層構造に由来する生体模倣材料などとして、化学工
業、電気化学工業、電子工学、さらには生物工学等に関
連する分野において極めて有用な機能性材料を提供する
ものである。
【００６３】以下に実施例を示し、この発明の実施の形
態についてさらに詳しく説明する。
態についてさらに詳しく説明する。
【００６４】
【実施例】（実施例１）有機溶融塩としてエチルメチル
イミダゾリウムテトラフルオロボレート（有機溶融塩１
とする）を、これに複合化する液晶性分子として４，
４'−ビス（（ω−イミダゾール−１−イル）アルコキ
シ）ビフェニルを用いた。これらの構造をそれぞれ次式
［化２６］［化２７］に、転移温度を表１に示した。な
お、４，４'−ビス（（ω−イミダゾール−１−イル）
アルコキシ）ビフェニルについては、構造式中の炭化水
素鎖における炭素数ｎが６、９、１０の３通りの物質
（それぞれ液晶性分子１、２、３とする）を使用した。
また、転移温度の測定には、温度可変ステージを備えた
偏光顕微鏡と示差走査熱量計（ＤＳＣ）を併用して行っ
た。
イミダゾリウムテトラフルオロボレート（有機溶融塩１
とする）を、これに複合化する液晶性分子として４，
４'−ビス（（ω−イミダゾール−１−イル）アルコキ
シ）ビフェニルを用いた。これらの構造をそれぞれ次式
［化２６］［化２７］に、転移温度を表１に示した。な
お、４，４'−ビス（（ω−イミダゾール−１−イル）
アルコキシ）ビフェニルについては、構造式中の炭化水
素鎖における炭素数ｎが６、９、１０の３通りの物質
（それぞれ液晶性分子１、２、３とする）を使用した。
また、転移温度の測定には、温度可変ステージを備えた
偏光顕微鏡と示差走査熱量計（ＤＳＣ）を併用して行っ
た。
【００６５】
【化２６】
【００６６】
【化２７】
【００６７】
【表１】
【００６８】なお、表中の記号Ｃｒは結晶相を、Ｉは等
方相を、ＳAはスメクチックＡ相を、ＳCはスメクチック
Ｃ相を示している。
方相を、ＳAはスメクチックＡ相を、ＳCはスメクチック
Ｃ相を示している。
【００６９】液晶性分子２（ｎ＝９）は単体で液晶性を
示すが、液晶性分子１（ｎ＝６）および液晶性分子３
（ｎ＝１０）は単体で液晶性を示さない物質である。ま
た、有機溶融塩１も液晶性は示さない。
示すが、液晶性分子１（ｎ＝６）および液晶性分子３
（ｎ＝１０）は単体で液晶性を示さない物質である。ま
た、有機溶融塩１も液晶性は示さない。
【００７０】上記の物質を所定量秤量してそれぞれクロ
ロホルムに溶解し、有機溶融塩１の溶液と液晶性分子１
〜３の溶液を各々混合撹拌して均一な溶液とした。この
混合溶液を６０℃に加熱して溶媒を蒸発除去し、残った
ペースト状物質を２時間真空乾燥して複合体１〜３を得
た。
ロホルムに溶解し、有機溶融塩１の溶液と液晶性分子１
〜３の溶液を各々混合撹拌して均一な溶液とした。この
混合溶液を６０℃に加熱して溶媒を蒸発除去し、残った
ペースト状物質を２時間真空乾燥して複合体１〜３を得
た。
【００７１】得られた複合体１〜３の複合化比率と熱相
転移温度の関係を図２に示した。複合体１および複合体
３は、単独では液晶性を示さない液晶性分子１または液
晶性分子３と有機溶融塩１からなるが、複合化されるこ
とによって液晶性を発現することが確認された。また、
もともと液晶性を示す液晶性分子２を用いた複合体２に
ついては、有機溶融塩１と複合化された後でも液晶性を
維持することがわかった。
転移温度の関係を図２に示した。複合体１および複合体
３は、単独では液晶性を示さない液晶性分子１または液
晶性分子３と有機溶融塩１からなるが、複合化されるこ
とによって液晶性を発現することが確認された。また、
もともと液晶性を示す液晶性分子２を用いた複合体２に
ついては、有機溶融塩１と複合化された後でも液晶性を
維持することがわかった。
【００７２】また、複合体１〜３は、複合化比率がいず
れの場合でも液晶性を示すことがわかった。特に、複合
体３は、液晶性分子３の複合化比率が少ないほど、広い
温度範囲で液晶性を示すことが示された。
れの場合でも液晶性を示すことがわかった。特に、複合
体３は、液晶性分子３の複合化比率が少ないほど、広い
温度範囲で液晶性を示すことが示された。
【００７３】以上のことから、有機溶融塩に液晶性を付
与できることが示された。 （実施例２）有機溶融塩として、実施例１における有機
溶融塩１と、エチルメチルイミダゾリウムヘキサフルオ
ロフォスフェート（有機溶融塩２とする）を、これに複
合化する液晶性分子として２種のイミダゾリウム系界面
活性剤（液晶性分子４および液晶性分子５とする）を用
いた。有機溶融塩２、液晶性分子４および液晶性分子５
の構造を次式［化２８］［化２９］［化３０］にそれぞ
れ示した。
与できることが示された。 （実施例２）有機溶融塩として、実施例１における有機
溶融塩１と、エチルメチルイミダゾリウムヘキサフルオ
ロフォスフェート（有機溶融塩２とする）を、これに複
合化する液晶性分子として２種のイミダゾリウム系界面
活性剤（液晶性分子４および液晶性分子５とする）を用
いた。有機溶融塩２、液晶性分子４および液晶性分子５
の構造を次式［化２８］［化２９］［化３０］にそれぞ
れ示した。
【００７４】
【化２８】
【００７５】
【化２９】
【００７６】
【化３０】
【００７７】また、有機溶融塩２、液晶性分子４および
液晶性分子５の転移温度を表２に示した。
液晶性分子５の転移温度を表２に示した。
【００７８】
【表２】
【００７９】なお、表中の記号Ｃｒは結晶相を、Ｉは等
方相を、ＳAはスメクチックＡ相を、ＳXは高次のスメク
チック相で結晶相に近いスメクチックＸ相を示してい
る。
方相を、ＳAはスメクチックＡ相を、ＳXは高次のスメク
チック相で結晶相に近いスメクチックＸ相を示してい
る。
【００８０】液晶性分子４［化２９］および液晶性分子
５［化３０］は、広い温度範囲でスメクチック液晶性を
示す物質である。また、有機溶融塩２［化２８］は液晶
性を示さない。
５［化３０］は、広い温度範囲でスメクチック液晶性を
示す物質である。また、有機溶融塩２［化２８］は液晶
性を示さない。
【００８１】これらの物質を、実施例１と同様にしてク
ロロホルムに溶解し、有機溶融塩１の溶液と液晶性分子
４の溶液を、また、有機溶融塩２の溶液と液晶性分子５
の溶液を混合し、複合体４および複合体５を得た。得ら
れた複合体４および複合体５の複合化比率と熱相転移温
度の関係を図３に示した。
ロロホルムに溶解し、有機溶融塩１の溶液と液晶性分子
４の溶液を、また、有機溶融塩２の溶液と液晶性分子５
の溶液を混合し、複合体４および複合体５を得た。得ら
れた複合体４および複合体５の複合化比率と熱相転移温
度の関係を図３に示した。
【００８２】複合体４においては、液晶性を発現させる
ためには、液晶性分子４をモル比で０．４以上複合化さ
せなければならないことがわかった。また、液晶性分子
４の複合化比率が０．４以上の場合には、わずかな複合
化比率の増加でも液晶温度範囲を広げられることが示さ
れた。複合体５の場合は、液晶性を発現させるために
は、液晶性分子５をモル比で０．６以上複合化させなけ
ればならないことがわかった。
ためには、液晶性分子４をモル比で０．４以上複合化さ
せなければならないことがわかった。また、液晶性分子
４の複合化比率が０．４以上の場合には、わずかな複合
化比率の増加でも液晶温度範囲を広げられることが示さ
れた。複合体５の場合は、液晶性を発現させるために
は、液晶性分子５をモル比で０．６以上複合化させなけ
ればならないことがわかった。
【００８３】以上のことから、有機溶融塩に液晶性を付
与するためには、適切なイオン種を選択することによ
り、複合化させる物質の量を低減化するなどの調整がで
きることが示された。 （実施例３）有機溶融塩として実施例１における有機溶
融塩１を、これに複合化する液晶性分子として、アルキ
ルグリコシド（液晶性分子６）、ω−ヒドロキシアルキ
ルグリコシド（液晶性分子７）およびジアルキルグリコ
シド（液晶性分子８）とを用いた。液晶性分子６〜８の
構造を、次式［化３１］［化３２］［化３３］に示し
た。
与するためには、適切なイオン種を選択することによ
り、複合化させる物質の量を低減化するなどの調整がで
きることが示された。 （実施例３）有機溶融塩として実施例１における有機溶
融塩１を、これに複合化する液晶性分子として、アルキ
ルグリコシド（液晶性分子６）、ω−ヒドロキシアルキ
ルグリコシド（液晶性分子７）およびジアルキルグリコ
シド（液晶性分子８）とを用いた。液晶性分子６〜８の
構造を、次式［化３１］［化３２］［化３３］に示し
た。
【００８４】
【化３１】
【００８５】
【化３２】
【００８６】
【化３３】
【００８７】これらの物質を実施例１と同様に複合化さ
せて、複合体６〜８得た。これらについてＸ線回折測定
および偏光顕微鏡観察を行ったところ、複合体６および
複合体７はスメクチック液晶性を示し、自発的にナノメ
ーターレベルの層状構造を形成していることが確認され
た。一方、複合体８は、ヘキサゴナルカラムナー液晶性
を示し、有機溶融塩１がカラム状構造の中心に位置する
ことで層を形成した特異な構造体を形成していることが
確認された。 （実施例４）次式［化３４］［化３５］でそれぞれ示さ
れる有機溶融塩３および液晶性分子９を種々の割合で混
合し、複合体を得た。液晶性分子９の液晶転移温度を表
３に示した。
せて、複合体６〜８得た。これらについてＸ線回折測定
および偏光顕微鏡観察を行ったところ、複合体６および
複合体７はスメクチック液晶性を示し、自発的にナノメ
ーターレベルの層状構造を形成していることが確認され
た。一方、複合体８は、ヘキサゴナルカラムナー液晶性
を示し、有機溶融塩１がカラム状構造の中心に位置する
ことで層を形成した特異な構造体を形成していることが
確認された。 （実施例４）次式［化３４］［化３５］でそれぞれ示さ
れる有機溶融塩３および液晶性分子９を種々の割合で混
合し、複合体を得た。液晶性分子９の液晶転移温度を表
３に示した。
【００８８】
【化３４】
【００８９】
【化３５】
【００９０】
【表３】
【００９１】なお、表中の記号Ｃｒは結晶相を、Ｉは等
方相を、ＳBはスメクチックＢ相を、Ｎはネマチック相
を示している。
方相を、ＳBはスメクチックＢ相を、Ｎはネマチック相
を示している。
【００９２】いずれの複合体も、スメクチックＡ相を発
現し、その液晶温度範囲が広がることが確認された。ス
メクチックＡ相から等方相への転移温度が約５０℃上昇
することが確認された。また、液晶性分子９は単体では
結晶化するのに対し、有機溶融塩３との複合体とするこ
とで結晶化することなく、ガラス化することが分かっ
た。 （実施例５） ＜Ａ＞実施例４における有機溶融塩３［化３４］と、次
式［化３６］で示される液晶性分子１０を混合して複合
体を得た。液晶性分子１０はヘキサゴナルカラムナー液
晶相を呈する物質である。
現し、その液晶温度範囲が広がることが確認された。ス
メクチックＡ相から等方相への転移温度が約５０℃上昇
することが確認された。また、液晶性分子９は単体では
結晶化するのに対し、有機溶融塩３との複合体とするこ
とで結晶化することなく、ガラス化することが分かっ
た。 （実施例５） ＜Ａ＞実施例４における有機溶融塩３［化３４］と、次
式［化３６］で示される液晶性分子１０を混合して複合
体を得た。液晶性分子１０はヘキサゴナルカラムナー液
晶相を呈する物質である。
【００９３】
【化３６】
【００９４】得られた複合体はスメクチック液晶相に変
化した。また、液晶温度範囲が広がることが確認され
た。 ＜Ｂ＞液晶性分子１０［化３６］と有機溶融塩３［化３
４］をモル比１：１で混合して得たスメクチック液晶性
複合体に対して、異方的イオン伝導測定を行った。
化した。また、液晶温度範囲が広がることが確認され
た。 ＜Ｂ＞液晶性分子１０［化３６］と有機溶融塩３［化３
４］をモル比１：１で混合して得たスメクチック液晶性
複合体に対して、異方的イオン伝導測定を行った。
【００９５】図４は、その測定系の模式図を示したもの
である。
である。
【００９６】図４に示した二種類の電極付きガラスセル
Ａ（図４左上）とＢ（図４左下）の内部に、複合体の加
熱溶融物（温度調節可能なホットプレートの上で２００
℃に加熱することで得られる）を封入した。これを約２
５℃までゆっくりと放冷することで、セル内部でスメク
チック液晶性複合体が自発的にホメオトロピック配向
（光学的に正に液晶性分子の軸がセルの底面に垂直に並
ぶこと）を形成した。このことは、偏光顕微鏡観察にお
けるオルソスコープ及びコノスコープ観察より確認され
た。すなわち、オルソスコープ像としては、光学的異方
性が見られず暗視野であり、コノスコープ像としてアイ
ソジャイヤ（暗黒十字帯）が確認されることにより、液
晶性複合体はホメオトロピック配向していると判断され
る。したがって、セルＡにおいてはスメクチック液晶の
層に平行な方向のイオン伝導度を測定することができ、
セルＢではスメクチック液晶の層に垂直方向のイオン伝
導度を測定することができる。これらのセルＡとＢを用
いることで、上で示した液晶性イオン伝導体に対する異
なる方向のイオン伝導度、すなわち異方的イオン伝導性
を検出することができる。イオン伝導度の測定法として
交流インピーダンス法（周波数の異なる交流電場を印加
することにより、イオンの動きを抵抗値として検出する
方法）を採用した。この方法は、測定試料内部でのイオ
ン伝導挙動を定量的に評価することができ、電極界面近
傍で起こる特異なイオン伝導挙動を除去することができ
る。さらに、液晶性を特徴とするイオン伝導体の異方的
伝導度挙動に加え、温度変化に伴う液晶相転移に由来す
るイオン伝導度の変化についても評価を行った。
Ａ（図４左上）とＢ（図４左下）の内部に、複合体の加
熱溶融物（温度調節可能なホットプレートの上で２００
℃に加熱することで得られる）を封入した。これを約２
５℃までゆっくりと放冷することで、セル内部でスメク
チック液晶性複合体が自発的にホメオトロピック配向
（光学的に正に液晶性分子の軸がセルの底面に垂直に並
ぶこと）を形成した。このことは、偏光顕微鏡観察にお
けるオルソスコープ及びコノスコープ観察より確認され
た。すなわち、オルソスコープ像としては、光学的異方
性が見られず暗視野であり、コノスコープ像としてアイ
ソジャイヤ（暗黒十字帯）が確認されることにより、液
晶性複合体はホメオトロピック配向していると判断され
る。したがって、セルＡにおいてはスメクチック液晶の
層に平行な方向のイオン伝導度を測定することができ、
セルＢではスメクチック液晶の層に垂直方向のイオン伝
導度を測定することができる。これらのセルＡとＢを用
いることで、上で示した液晶性イオン伝導体に対する異
なる方向のイオン伝導度、すなわち異方的イオン伝導性
を検出することができる。イオン伝導度の測定法として
交流インピーダンス法（周波数の異なる交流電場を印加
することにより、イオンの動きを抵抗値として検出する
方法）を採用した。この方法は、測定試料内部でのイオ
ン伝導挙動を定量的に評価することができ、電極界面近
傍で起こる特異なイオン伝導挙動を除去することができ
る。さらに、液晶性を特徴とするイオン伝導体の異方的
伝導度挙動に加え、温度変化に伴う液晶相転移に由来す
るイオン伝導度の変化についても評価を行った。
【００９７】異方的イオン伝導度測定の結果を図５に示
した。
した。
【００９８】この結果として、以下のことが確認され
た。
た。
【００９９】 スメクチック層に平行な方向のイオン
伝導度は、層に垂直な方向のイオン伝導度よりも高いこ
とが明らかとなり、異方的イオン伝導体として機能して
いることが明らかとなった。
伝導度は、層に垂直な方向のイオン伝導度よりも高いこ
とが明らかとなり、異方的イオン伝導体として機能して
いることが明らかとなった。
【０１００】 最も高いイオン伝導度は、１９２℃の
スメクチックＡ（ＳA）相で４．１×１０-3 Ｓｃｍ-1の
値を示した。また、この温度でのイオン伝導度の異方性
値（層に平行方向のイオン伝導度／層に垂直な方向のイ
オン伝導度）は２９であった。
スメクチックＡ（ＳA）相で４．１×１０-3 Ｓｃｍ-1の
値を示した。また、この温度でのイオン伝導度の異方性
値（層に平行方向のイオン伝導度／層に垂直な方向のイ
オン伝導度）は２９であった。
【０１０１】 複合体が示すイオン伝導度の最大異方
性値は、７３℃のスメクチックＢ（ＳB）相において
３．１×１０3を示した。
性値は、７３℃のスメクチックＢ（ＳB）相において
３．１×１０3を示した。
【０１０２】 層に垂直な方向のイオン伝導度はＳA
からＩｓｏに転移するときに、急激に増加することが明
らかになった。
からＩｓｏに転移するときに、急激に増加することが明
らかになった。
【０１０３】 セルＡとＢを用いた伝導度の違いは、
液晶性複合体の液晶秩序構造が消失し、等方相（Ｉｓ
ｏ）に転移したときになくなった。 （実施例６）次式の液晶性分子１１［化３７］と前記の
有機溶媒塩３［化３４］をモル比１：１で混合して得た
スメクチック液晶性複合体に対して、異方的イオン伝導
測定を行った。測定系については実施例５に記載の図４
と同様とした。
液晶性複合体の液晶秩序構造が消失し、等方相（Ｉｓ
ｏ）に転移したときになくなった。 （実施例６）次式の液晶性分子１１［化３７］と前記の
有機溶媒塩３［化３４］をモル比１：１で混合して得た
スメクチック液晶性複合体に対して、異方的イオン伝導
測定を行った。測定系については実施例５に記載の図４
と同様とした。
【０１０４】
【化３７】
【０１０５】異方性イオン伝導度測定の結果を図６に示
した。
した。
【０１０６】この結果から以下のことが確認された。
【０１０７】 スメクチック層に平行な方向のイオン
伝導度は、層に垂直な方向のイオン伝導度よりも高いこ
とが明らかとなり、異方的イオン伝導体として機能して
いることが明らかとなった。
伝導度は、層に垂直な方向のイオン伝導度よりも高いこ
とが明らかとなり、異方的イオン伝導体として機能して
いることが明らかとなった。
【０１０８】 最も高いイオン伝導度は、１３２℃の
スメクチックＡ（ＳA）相で２．８×１０-3 Ｓｃｍ-1の
値を示した。また、この温度でのイオン伝導度の異方性
値は８２であった。
スメクチックＡ（ＳA）相で２．８×１０-3 Ｓｃｍ-1の
値を示した。また、この温度でのイオン伝導度の異方性
値は８２であった。
【０１０９】 複合体が結晶状態（Ｃｒ）にあって
も、イオン伝導度は高い異方性を示した。
も、イオン伝導度は高い異方性を示した。
【０１１０】 ＳAからネマチック（Ｎ）相に転移
し、さらに等方相（Ｉｓｏ）に転移する際に、層に平行
な方向のイオン伝導度が低下することが明らかになっ
た。一方で、層に垂直な方向のイオン伝導度はＮからＩ
ｓｏに転移するときに、急激に増加することが明らかに
なった。
し、さらに等方相（Ｉｓｏ）に転移する際に、層に平行
な方向のイオン伝導度が低下することが明らかになっ
た。一方で、層に垂直な方向のイオン伝導度はＮからＩ
ｓｏに転移するときに、急激に増加することが明らかに
なった。
【０１１１】 セルＡとＢを用いた伝導度の違いは、
液晶性複合体の液晶秩序構造が消失し、等方相（Ｉｓ
ｏ）に転移したときになくなった。 （実施例７）前記の［化２４］に属する液晶性分子であ
る次式
液晶性複合体の液晶秩序構造が消失し、等方相（Ｉｓ
ｏ）に転移したときになくなった。 （実施例７）前記の［化２４］に属する液晶性分子であ
る次式
【０１１２】
【化３８】
【０１１３】の化合物（［化２４］において符号；Ｒ，
ＲI＝Ｃ12Ｈ25、ＲII＝Ｈ、Ｙ＝ＣＯＯ、Ｚ＝水酸基に
該当）について、実施例２において用いている有機溶融
塩〔化２９〕と任意の混合組成において安定な液晶性複
合体を形成することを確認した。
ＲI＝Ｃ12Ｈ25、ＲII＝Ｈ、Ｙ＝ＣＯＯ、Ｚ＝水酸基に
該当）について、実施例２において用いている有機溶融
塩〔化２９〕と任意の混合組成において安定な液晶性複
合体を形成することを確認した。
【０１１４】すなわち、まず、上記の液晶性分子［化３
８］は単独で５５〜６９℃の範囲でエナンチオトロピッ
ク（昇降温ともに液晶性を示すことの意）なカラムナー
液晶相を示す。一方、上記の有機溶融塩［化２９］は単
独で６２〜２０７℃の範囲でエナンチオトロピックなス
メクチック液晶相を示す。また、両化合物の複合体の液
晶性に関しては、有機溶融塩［化２９］が３０モル％以
下の複合体においてはエナンチオトロピックなカラムナ
ー液晶相を示し、３０モル％以上の複合体はエナンチオ
トロピックなスメクチック液晶性を示す。これらの複合
体が、均一に複合化して液晶性を示すことは、上記液晶
性分子［化３８］の水酸基が有機溶融塩〔化２９〕のイ
ミダゾリウムカチオンと強く分子間相互作用しているた
めである。また、両化合物にある疎イオン性のアルキル
基同士での分子間相互作用も複合化に重要な働きをして
いる。
８］は単独で５５〜６９℃の範囲でエナンチオトロピッ
ク（昇降温ともに液晶性を示すことの意）なカラムナー
液晶相を示す。一方、上記の有機溶融塩［化２９］は単
独で６２〜２０７℃の範囲でエナンチオトロピックなス
メクチック液晶相を示す。また、両化合物の複合体の液
晶性に関しては、有機溶融塩［化２９］が３０モル％以
下の複合体においてはエナンチオトロピックなカラムナ
ー液晶相を示し、３０モル％以上の複合体はエナンチオ
トロピックなスメクチック液晶性を示す。これらの複合
体が、均一に複合化して液晶性を示すことは、上記液晶
性分子［化３８］の水酸基が有機溶融塩〔化２９〕のイ
ミダゾリウムカチオンと強く分子間相互作用しているた
めである。また、両化合物にある疎イオン性のアルキル
基同士での分子間相互作用も複合化に重要な働きをして
いる。
【０１１５】これらの液晶性複合体は以下のような特徴
を有している。
を有している。
【０１１６】 カラムナー液晶性複合体：有機溶融塩
［化２９］のイオン活性部であるイミダゾリウムカチオ
ンがカラム構造の中心に選択的に位置するため、カラム
軸と平行方向に選択的にイオン伝導が行われる。
［化２９］のイオン活性部であるイミダゾリウムカチオ
ンがカラム構造の中心に選択的に位置するため、カラム
軸と平行方向に選択的にイオン伝導が行われる。
【０１１７】 スメクチック液晶性複合体：有機溶融
塩［化２９］のイオン活性部であるイミダゾリウムカチ
オンが二次元平面内に配列し、且つ層状に組織化されて
いるために、層に平行方向のみに選択的にイオン伝導が
行われる。
塩［化２９］のイオン活性部であるイミダゾリウムカチ
オンが二次元平面内に配列し、且つ層状に組織化されて
いるために、層に平行方向のみに選択的にイオン伝導が
行われる。
【０１１８】もちろん、この発明は以上の例に限定され
るものではなく、細部については様々な態様が可能であ
ることは言うまでもない。
るものではなく、細部については様々な態様が可能であ
ることは言うまでもない。
【０１１９】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、異方性を有する反応溶媒、イオン伝導体あるいは
電場応答性伝導体等として、電気、電子、化学、生物工
学の分野等で有用な新規な液晶性イオン伝導体とその製
造方法が提供される。
って、異方性を有する反応溶媒、イオン伝導体あるいは
電場応答性伝導体等として、電気、電子、化学、生物工
学の分野等で有用な新規な液晶性イオン伝導体とその製
造方法が提供される。
【図１】この出願の発明の液晶性イオン伝導体の構成を
模式的に例示した図である。
模式的に例示した図である。
【図２】実施例において製造した液晶性イオン伝導体と
しての（Ａ）複合体１、（Ｂ）複合体２、（Ｃ）複合体
３の複合化比率と熱相転移温度の関係を例示した図であ
る。
しての（Ａ）複合体１、（Ｂ）複合体２、（Ｃ）複合体
３の複合化比率と熱相転移温度の関係を例示した図であ
る。
【図３】実施例において製造した液晶性イオン伝導体と
しての（Ａ）複合体４、（Ｂ）複合体５の複合化比率と
熱相転移温度の関係を例示した図である。
しての（Ａ）複合体４、（Ｂ）複合体５の複合化比率と
熱相転移温度の関係を例示した図である。
【図４】異方性イオン伝導の測定系についての模式図で
ある。
ある。
【図５】実施例５＜Ｂ＞における異方性イオン伝導度測
定の結果を示した図である。
定の結果を示した図である。
【図６】実施例６にける異方性イオン伝導度測定の結果
を示した図である。
を示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大野 弘幸 東京都江戸川区一之江町3002−314 (72)発明者 吉澤 正博 東京都小金井市緑町５−16−35 コーポ若 草８号室 Ｆターム(参考） 5G301 CA30 CD01
Claims (12)
- 【請求項１】 有機溶融塩と、液晶性分子とが混合複合
化されていることを特徴とする液晶性イオン伝導体。 - 【請求項２】 液晶性分子の層間に有機溶融塩が複合化
されていることを特徴とする請求項１の液晶性イオン伝
導体。 - 【請求項３】 セル化または配向セル化されていること
を特徴とする請求項１または２の液晶性イオン伝導体。 - 【請求項４】 液晶性分子は、有機溶融塩との相溶性部
と液晶配向性部を有していることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれかの液晶性イオン伝導体。 - 【請求項５】 スメクチック構造を有することを特徴と
する請求項１ないし４のいずれかの液晶性イオン伝導
体。 - 【請求項６】 カラムナー構造もしくはキュービック構
造を有していることを特徴とする請求項１ないし４のい
ずれかの液晶性イオン伝導体。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかの液晶性イ
オン伝導体の製造方法であって、有機溶融塩と、液晶性
分子を混合することを特徴とする液晶性イオン伝導体の
製造方法。 - 【請求項８】 有機溶融塩および、液晶性分子をそれぞ
れ有機溶媒に溶解し、溶液として混合することを特徴と
する請求項７の液晶性イオン伝導体の製造方法。 - 【請求項９】 請求項７または８の方法において、セル
化または配向セル化することを特徴とする液晶性イオン
伝導体の製造方法。 - 【請求項１０】 有機溶融塩が、イミダゾリウム系溶融
塩であることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか
の液晶性イオン伝導体の製造方法。 - 【請求項１１】 液晶性分子が、スメクチック構造を形
成することを特徴とする請求項７ないし１０いずれかに
記載の液晶性イオン伝導体の製造方法。 - 【請求項１２】 液晶性分子が、カラムナー構造もしく
はキュービック構造を形成することを特徴とする請求項
７ないし１０いずれかに記載の液晶性イオン伝導体の製
造方法。
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