JP2018190647A - 固体高分子電解質膜 - Google Patents
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Abstract
Description
アルカリ加水分解及び酸処理によりプロトン伝導性を発揮する高分子電解質前駆体を含有するポリマー分散液にパーフルオロスルホン酸の金属塩及び/又はパーフルオロカルボン酸の金属塩を溶解させる第1工程と、
第1工程で得られた分散液から高分子電解質前駆体膜を製膜する第2工程と、
第2工程で得られた高分子電解質前駆体膜をアルカリ加水分解及び酸処理し高分子電解質膜とする第3工程と、
第3工程で得られた高分子電解質膜を加熱・乾燥し高分子電解質膜中に金属酸化物を析出する第4工程と
を含む方法によって製造された、パーフルオロスルホン酸及び/又はパーフルオロカルボン酸系樹脂から成る固体高分子電解質膜が開示されている。
前記架橋ポリマー及び可塑剤のうちの少なくとも一方はプロトン放出性基を有する、
固体高分子電解質膜。
[2]前記プロトン放出性基が、スルホン酸基、スルホニルアミド基、スルホニルイミド基、及びリン酸基から選択される、[1]に記載の固体高分子電解質膜。
[3]前記架橋ポリマーが、前記プロトン放出性基以外の極性基を有する、[1]又は[2]に記載の固体高分子電解質膜。
[4]前記架橋ポリマーが、架橋構造を有するビニル系ポリマーである、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
[5]前記架橋ポリマーがプロトン放出性基を有する、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
[6]前記架橋ポリマーが、プロトン放出性基と、前記プロトン放出性基以外の極性基と、架橋構造とを有するビニル系ポリマーである、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
[7]前記架橋ポリマーが、
前記プロトン放出性基以外の極性基を有するビニル系モノマーである第1モノマーと、
プロトン放出性基を有するビニル系モノマーである第2モノマーと、
架橋性ビニル系モノマーである第3モノマーと
の共重合体である、[6]に記載の固体高分子電解質膜。
[8]前記第1モノマーが、(メタ)アクリル酸エステル、プロトン放出性基以外の極性基によって置換されたスチレン、並びに、プロトン放出性基以外の極性基及びフッ素原子の双方を有するビニル系モノマーから選ばれる1種以上である、[7]に記載の固体高分子電解質膜。
[9]前記第2モノマーが、アリルスルホン酸、ポリ(4−スチレンスルホン酸)、及び下記式(2)で表される化合物から選ばれる1種以上である、[7]又は[8]に記載の固体高分子電解質膜。
[10]前記可塑剤が、プロトン放出性基を有する可塑剤を含む、[1]〜[9]のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
[11]前記プロトン放出性基を有する可塑剤が、芳香族スルホン酸化合物、スルホン酸基含有ポリマー、及びフッ素原子含有スルホニルイミド化合物から選択される化合物を含む、[10]に記載の固体高分子電解質膜。
[12]前記可塑剤が、プロトン放出性基を有さない可塑剤を更に含む、[10]又は[11]に記載の固体高分子電解質膜。
[13]前記架橋ポリマー100質量部に対する前記可塑剤の使用割合が、10質量部以上1,000質量部以下である、[1]〜[12]のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
[14]前記固体高分子電解質膜のガラス転移点が0℃以下である、[1]〜[13]のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
[15]−40℃以上200℃未満の温度範囲において、前記固体高分子電解質膜が膜形状を維持し、且つ前記可塑剤がブリードアウトしない、[1]〜[14]のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
[16]前記固体高分子電解質膜のプロトン伝導率が、50℃において1×10−4S/cm以上である、[1]〜[15]のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
[17]プロトン伝導膜である、[1]〜[16]のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
[18][1]〜[17]のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜から成る、燃料電池用固体高分子電解質膜。
架橋ポリマー及び可塑剤を含み、
前記架橋ポリマー及び可塑剤のうちの少なくとも一方はプロトン放出性基を有する。
本実施形態における架橋ポリマーは、架橋構造を有するために、ガラス転移点よりも高い温度においても膜形状を維持することができる。
プロトン放出性基以外の極性基を有するビニル系モノマーである第1モノマー、プロトン放出性基を有するビニル系モノマーである第2モノマー、及び架橋性ビニル系モノマーである第3モノマーの共重合体であってよく;
第2モノマー及び第3モノマーの共重合体であってよく;又は、
第1モノマー及び第3モノマー、並びに任意的に第2モノマーの共重合体の、スルホン酸変性物、スルホン酸アミド変性物、若しくはリン酸変性物であってもよい。
第1モノマーは、プロトン放出性基以外の極性基を有するビニル系モノマーである。第1モノマーは、架橋ポリマーに後述の可塑剤との高い混和性を付与する目的で架橋ポリマーの重合に使用されてよい。第1ポリマーは、可塑剤との間に非共有結合を形成し得る、プロトン放出性基以外の極性基、例えば、−NH2、−OH、−COOH等の1級の基;−O−、−NH−、>C=O等の2級又は3級の基等を有するビニル系モノマーであってもよい。
第2モノマーは、プロトン放出性基を有するビニル系モノマーである。プロトン放出性基は、上述したとおり、スルホン酸基、スルホニルアミド基、スルホニルイミド基、及びリン酸基から選択されてよく、スルホン酸基、スルホニルアミド基、又はリン酸基であることが好ましい。
第3モノマーは、架橋性ビニル系モノマーである。第3モノマーは、架橋ポリマー中の架橋構造を形成するために使用される。
[各モノマーの使用割合]
第1〜第3モノマーの共重合体は、公知の重合方法、例えばラジカル重合法、カチオン重合法、アニオン重合法等によって得ることができ、ラジカル重合法によることが好ましい。
第1〜第3モノマーの重合は、RAFT重合(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer重合、可逆的付加開裂連鎖移動重合)によって行われてもよい。
本実施形態における架橋ポリマーは、上記において第3モノマーを用いずに非架橋のビニル系ポリマーを製造した後、適当な架橋剤によって架橋構造を後から形成したものであってもよい。この場合の架橋剤は、例えば、硫黄、過酸化水素、有機過酸化物等であってもよい。
第1及び第3モノマーの共重合体に、スルホン酸変性、スルホン酸アミド変性、又はリン酸変性を行うことにより、この共重合体にプロトン放出性基を導入することができる。第1〜第3モノマーの共重合体及び第2及び第3モノマーの共重合体は、プロトン放出性基を既に有しているが、この共重合体に対しても、スルホン酸変性、スルホン酸アミド変性、又はリン酸変性を行ってよい。
共重合体のスルホン酸変性は、例えば、共重合体と、クロロスルホン酸、無水硫酸、硫酸、発煙硫酸、ポリアルキルベンゼンスルホン酸等から選択される少なくとも1種のスルホン化剤と、任意的に触媒とを、有機溶剤中又は無溶媒下で、例えば、5〜200℃で反応させる方法により、行われてよい。
共重合体のスルホン酸アミド変性は、例えば、共重合体のスルホン酸変性物を、一旦スルホニルハライド体に変換した後、1級又は2級アミン化合物と反応させることにより、行われてよい。
共重合体のリン酸変性は、例えば、共重合体と、H3PO3、H3PO2等、及びこれらのエステル又は塩等から選択される少なくとも1種のリン化合物と、任意的に触媒とを、有機溶剤中又は無溶媒下で、例えば、5〜200℃で反応させる方法により、行われてよい。
本実施形態における可塑剤は、架橋ポリマーに柔軟性を付与して固体高分子電解質膜のガラス転移点Tgを下げ、固体高分子電解質膜中の架橋ポリマーの分子運動性を高める機能を有する成分である。可塑剤は、高分子量体であっても低分子量体であってもよい。しかしながら、本実施形態の電解質膜が電池用途に適用されることを想定していることから、可塑剤は、電池の使用温度範囲(例えば、−40℃以上200℃未満、典型的には0℃以上150℃以下)において不揮発性であることが好ましい。可塑剤が電池の使用温度範囲において不揮発性であるとは、可塑剤の沸点が、例えば、200℃以上、210℃以上、220℃以上、230℃以上、240℃以上、又は250℃以上と、十分に高いことをいう。また、可塑剤は、電池の使用温度範囲において分解しないことが望まれる。
架橋ポリマーと可塑剤との使用割合は、プロトン伝導混合相の分子運動性を高め、十分に高いプロトン伝導性を得るとの観点から、架橋ポリマー100質量部に対する可塑剤の使用割合として、例えば、10質量部以上、50質量部以上、100質量部以上、150質量部以上、200質量部以上、250質量部以上、300質量部以上、350質量部以上、又は400質量部以上であってもよい。一方で、膜強度を維持し、膜としての安定性を確保する観点から、架橋ポリマー100質量部に対する可塑剤の使用割合は、例えば、1,000質量部以下、900質量部以下、800質量部以下、700質量部以下、600質量部以下、又は500質量部以下であってもよい。
本実施形態の固体高分子電解質膜は、架橋ポリマーと可塑剤とを含むことにより、膜の全体として高い分子運動性を示す。固体高分子電解質膜の高い分子運動性は、ガラス転移点Tgが低いことによって評価することができる。
本実施形態の固体高分子電解質膜において、架橋ポリマーと可塑剤とは混合状態にある。
本実施形態の固体高分子電解質膜は、電池の固体高分子電解質膜として好適である。本実施形態の固体高分子電解質膜は、無水条件下においてもプロトン伝導性が高いため、燃料電池の無水系プロトン伝導膜として特に好適に使用することができる。
本実施例では、プロトン放出性基を有する架橋ポリマーと、可塑剤とを含む固体高分子電解質膜を調製し、そのプロトン伝導率を調べた。
塩基性アルミナを充填したカラムに、未精製のアクリル酸−2−(2−エトキシエトキシ)エチルを通して精製した。
上記で得られた架橋PEEA−co−PAMPS48.9mgを1.14cm×0.21cmの短冊状(厚さ0.096cm)に切り取り、容量10mLのテフロン(登録商標)製ビーカーに入れ、メタノール9mL及び可塑剤としてテトラエチレングリコール(TEG、融点:約−6℃)115mgを添加し、50℃のホットプレート上に2日間静置して、架橋PEEA−co−PAMPSにTEGを導入するとともに、メタノールを完全に除去して、膜試料を得た。この膜試料の表面には若干量のTEGが残っていたので、これを拭き取ることにより、厚さ0.16cmの固体高分子電解質膜試料を得た。
厚さ0.1mmの白金網を電極として用い、得られた固体高分子電解質膜試料の交流インピーダンス測定を行った。
プロトン伝導率=電極間距離/(膜の厚さ×膜の幅×抵抗値) (1)
本比較例では、プロトン放出性基を有する非架橋ポリマーと、可塑剤とを含む膜の調製を試みた。
第1モノマーとして実施例1と同様の手法で精製したアクリル酸−2−(2−エトキシエトキシ)エチル(PEEA)10.2g(54.0mmol)、第2モノマーとして2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(PAMPS)4.34g(21.1mmol)、RAFT剤としてS−1―ドデシル−S’−(α,α’−ジメチル−α”−酢酸)トリチオカーボネート17.2mg(0.047mmol)、ラジカル重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)1.5mg(0.009mmol)、及び溶媒としてN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)5.66g(77.5mmol)を、コック付き丸底フラスコ内で混合して原料溶液を得た。この原料溶液中の第1モノマー:第2モノマー:RAFT剤のモル比は、およそ1,150:450:1である。
上記で得られた非架橋PEEA−co−PAMPS106.3mgと、TEG242.5mgとを、メタノール1.0g中で混合して溶液とした。得られた溶液をPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)製の容器中に移し、50℃のホットプレート上に2日間静置して、メタノールを完全に除去することにより、TEG含量が69質量%の液体状混合物を得た。
本比較例においては、実施例1で得られた架橋PEEA−co−PAMPS(Tg:−50℃)の膜にTEGを導入せずに、交流インピーダンス測定を行った。電極としては、厚さ0.1mmの白金網を用いた。
本比較例では、プロトン放出性基を有さない架橋ポリマーと、プロトン放出性基を有さない可塑剤とを含む膜を調製し、そのプロトン伝導率を調べた。
第1モノマーとして実施例1と同様の手法で精製したアクリル酸−2−(2−エトキシエトキシ)エチル(EEA)1.01g(5.37mmol)、第3モノマーとしてN,N’−メチレンビスアクリルアミド(MBAA)16.4mg(0.106mmol)、RAFT剤としてS−1―ドデシル−S’−(α,α’−ジメチル−α”−酢酸)トリチオカーボネート1mg(0.003mmol)、ラジカル重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.1mg(0.0006mmol)、及び溶媒としてN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)258mg(3.53mmol)を、サンプル瓶内で混合して原料溶液を得た。この原料溶液中の第1モノマー:第3モノマー:RAFT剤のモル比は、およそ2,000:40:1である。
上記で得られた架橋PEEA75.0mgを0.82cm×0.44cmの短冊状(厚さ0.073cm)に切り取り、容量10mLのテフロン(登録商標)製ビーカーに入れ、メタノール9mL及び可塑剤としてTEG175.8mgを添加し、50℃のホットプレート上に2日間静置して、架橋PEEAにTEGを導入するとともに、メタノールを完全に除去して、膜試料を得た。この膜試料の表面には若干量のTEGが残っていたので、これを拭き取ることにより、厚さ0.085cmの膜試料を得た。
厚さ0.1mmの白金網を電極として用い、得られた導膜試料の交流インピーダンス測定を行った。
本実施例では、プロトン放出性基を有さない架橋ポリマーと、プロトン放出性基を有する可塑剤とを含む固体高分子電解質膜を調製し、そのプロトン伝導率を調べた。
塩基性アルミナを充填したカラムに、未精製のアクリル酸−4−ヒドロキシブチルを通して精製した。
上記で得られた架橋PHBA19.1mgを0.8cm×0.1cmの短冊状(厚さ0.10cm)に切り取り、容量10mLのテフロン(登録商標)製ビーカーに入れ、メタノール9mL及び可塑剤42.5mgを添加した。可塑剤としては、質量比58:42で予め混合されたTEG、及び下記式で表されるビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(HTFSI)の混合物を使用した。
実施例1と略同様の手順により、得られた固体高分子電解質膜試料(幅0.17cm、厚さ0.14cm)の交流インピーダンス測定を行った。
本実施例では、プロトン放出性基を有する架橋ポリマーと、プロトン放出性基を有する可塑剤とを含む固体高分子電解質膜を調製し、そのプロトン伝導率を調べた。
第2モノマーとして2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)605mg(2.92mmol)、第3モノマーとしてN,N’−メチレンビスアクリルアミド(MBAA)11.2mg(0.0726mmol)、及びラジカル重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)3.0mg(0.018mmol)、並びに、可塑剤として、ポリ(4−スチレンスルホン酸)(PSS、Sigma−Aldrich製、重量平均分子量75,000)の18質量%水溶液1.68g及びTEG2.21mgを、サンプル瓶内で混合して原料溶液を得た。
得られた固体高分子電解質膜を、幅0.47cm、厚さ0.051cmの短冊状に切り出したものを試料とし、実施例1と略同様の手順によって交流インピーダンス測定を行った。
[第1モノマー]
EEA:アクリル酸−2−(2−エトキシエトキシ)エチル
HBA:アクリル酸−4−ヒドロキシブチル
[第2モノマー]
AMPS:2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸
[第3モノマー]
MBAA:N,N’−メチレンビスアクリルアミド
[可塑剤]
HITFSI:ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド
PSS:ポリ(4−スチレンスルホン酸)、Sigma−Aldrich製、重量平均分子量75,000、18質量%水溶液として供給
TEG:テトラエチレングリコール
Claims (18)
- 架橋ポリマー及び可塑剤を含み、
前記架橋ポリマー及び可塑剤のうちの少なくとも一方はプロトン放出性基を有する、
固体高分子電解質膜。 - 前記プロトン放出性基が、スルホン酸基、スルホニルアミド基、スルホニルイミド基、及びリン酸基から選択される、請求項1に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記架橋ポリマーが、前記プロトン放出性基以外の極性基を有する、請求項1又は2に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記架橋ポリマーが、架橋構造を有するビニル系ポリマーである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記架橋ポリマーがプロトン放出性基を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記架橋ポリマーが、プロトン放出性基と、前記プロトン放出性基以外の極性基と、架橋構造とを有するビニル系ポリマーである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記架橋ポリマーが、
前記プロトン放出性基以外の極性基を有するビニル系モノマーである第1モノマーと、
プロトン放出性基を有するビニル系モノマーである第2モノマーと、
架橋性ビニル系モノマーである第3モノマーと
の共重合体である、請求項6に記載の固体高分子電解質膜。 - 前記第1モノマーが、(メタ)アクリル酸エステル、プロトン放出性基以外の極性基によって置換されたスチレン、並びに、プロトン放出性基以外の極性基及びフッ素原子の双方を有するビニル系モノマーから選ばれる1種以上である、請求項7に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記可塑剤がプロトン放出性基を有する可塑剤を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記プロトン放出性基を有する可塑剤が、芳香族スルホン酸化合物、スルホン酸基含有ポリマー、及びフッ素原子含有スルホニルイミド化合物から選択される化合物を含む、請求項10に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記可塑剤が、プロトン放出性基を有さない可塑剤を更に含む、請求項10又は12に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記架橋ポリマー100質量部に対する前記可塑剤の使用割合が、10質量部以上1,000質量部以下である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記固体高分子電解質膜のガラス転移温度が0℃以下である、請求項1〜13のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
- −40℃以上200℃未満の温度範囲において、前記固体高分子電解質膜が膜形状を維持し、且つ前記可塑剤がブリードアウトしない、請求項1〜14のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記固体高分子電解質膜のプロトン伝導率が、50℃において1×10−4S/cm以上である、請求項1〜15のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
- プロトン伝導膜である、請求項1〜16のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜。
- 請求項1〜17のいずれか一項に記載の固体高分子電解質膜から成る、燃料電池用固体高分子電解質膜。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11322764B2 (en) | 2018-10-24 | 2022-05-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Proton conducting film having crosslinked structure and fuel cell |
DE102022103907A1 (de) | 2021-03-31 | 2022-10-06 | National University Corporation Tokai National Higher Education And Research System | Protonenleitfähige membran, welche eine protonendonierende gruppe enthält, und brennstoffzelle |
CN115260354A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-11-01 | 安徽农业大学 | 一种两亲性温敏材料、合成方法及其在绿僵菌野外防治害虫中的应用 |
JP7509714B2 (ja) | 2021-03-31 | 2024-07-02 | トヨタ自動車株式会社 | プロトン供与性基を含有するプロトン伝導膜及び燃料電池 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0729413A (ja) * | 1993-07-09 | 1995-01-31 | Eniricerche Spa | 固体高分子電解質 |
JP2004363013A (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-24 | Toray Ind Inc | 高分子固体電解質およびそれを用いた固体高分子型燃料電池 |
JP2005132880A (ja) * | 2003-10-28 | 2005-05-26 | Jsr Corp | 高分子電解質およびプトロン伝導膜 |
JP2005135926A (ja) * | 1997-11-20 | 2005-05-26 | Avista Labs | 陽子交換薄膜燃料電池電力システム |
JP2006073530A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Samsung Sdi Co Ltd | ポリマー電解質膜及びポリマー電解質膜を採用した燃料電池 |
JP2007173196A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Samsung Sdi Co Ltd | ポリマー電解質膜とその製造方法および燃料電池 |
JP2008537562A (ja) * | 2005-03-16 | 2008-09-18 | インスティトゥート ナスィオナル ポリテクニク ド グルノーブル | アルカリ性イオン基を有する熱可塑性重合体を押出すことを含む膜の製造方法 |
-
2017
- 2017-05-10 JP JP2017093929A patent/JP6885780B2/ja active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0729413A (ja) * | 1993-07-09 | 1995-01-31 | Eniricerche Spa | 固体高分子電解質 |
JP2005135926A (ja) * | 1997-11-20 | 2005-05-26 | Avista Labs | 陽子交換薄膜燃料電池電力システム |
JP2005142167A (ja) * | 1997-11-20 | 2005-06-02 | Avista Labs | 陽子交換薄膜燃料電池電力システム |
JP2004363013A (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-24 | Toray Ind Inc | 高分子固体電解質およびそれを用いた固体高分子型燃料電池 |
JP2005132880A (ja) * | 2003-10-28 | 2005-05-26 | Jsr Corp | 高分子電解質およびプトロン伝導膜 |
JP2006073530A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Samsung Sdi Co Ltd | ポリマー電解質膜及びポリマー電解質膜を採用した燃料電池 |
JP2008537562A (ja) * | 2005-03-16 | 2008-09-18 | インスティトゥート ナスィオナル ポリテクニク ド グルノーブル | アルカリ性イオン基を有する熱可塑性重合体を押出すことを含む膜の製造方法 |
JP2007173196A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Samsung Sdi Co Ltd | ポリマー電解質膜とその製造方法および燃料電池 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11322764B2 (en) | 2018-10-24 | 2022-05-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Proton conducting film having crosslinked structure and fuel cell |
DE102022103907A1 (de) | 2021-03-31 | 2022-10-06 | National University Corporation Tokai National Higher Education And Research System | Protonenleitfähige membran, welche eine protonendonierende gruppe enthält, und brennstoffzelle |
DE102022103907A9 (de) | 2021-03-31 | 2022-12-01 | National University Corporation Tokai National Higher Education And Research System | Protonenleitfähige membran, welche eine protonendonierende gruppe enthält, und brennstoffzelle |
JP7509714B2 (ja) | 2021-03-31 | 2024-07-02 | トヨタ自動車株式会社 | プロトン供与性基を含有するプロトン伝導膜及び燃料電池 |
CN115260354A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-11-01 | 安徽农业大学 | 一种两亲性温敏材料、合成方法及其在绿僵菌野外防治害虫中的应用 |
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Publication number | Publication date |
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