千葉大学大学院工学研究院の鞆津典夫特任研究員や青木大輔准教授らと、東京科学大学物質理工学院応用化学系の大塚英幸教授らの共同研究グループは、エラストマーを大幅に強靭化する新たな分子設計指針を確立しました。力が加わると輪が軸から抜けるロタキサン構造を架橋点として利用し、分子レベルで輪の抜けやすさを制御する手法を開発しました。ごく少量のロタキサン架橋を導入することで、材料本来の弾性をほぼ維持したまま、壊れにくさを示す破断エネルギーを最大約20倍に向上させることに成功しています。

開発の背景とアプローチ

ゴムに代表される柔軟で伸縮性に富むエラストマーは、自動車、産業、医療など幅広い分野で利用されており、より壊れにくく強靭な次世代機能材料の開発が求められています。その手法として、外力を受けた際にエネルギーを逃がす「犠牲結合」が注目されてきました。

しかし、従来は犠牲結合の切れやすさだけを独立して変化させることが難しく、それが材料全体の強靭性に与える影響を明確に捉えることは困難でした。そこで研究グループは、軸の末端構造によって輪の抜けやすさを調節できるロタキサンに着目し、犠牲結合の切れやすさと材料の強靭性との関係を系統的に検証しました。

新たな分子設計指針と得られた成果

本研究では、ロタキサン架橋剤の基本骨格を変えることなく、軸の末端にあるストッパーの大きさや数を系統的に変化させることで、力が加わった際の輪の抜けやすさを精密に制御しました。

研究により得られた主な成果は次の通りです。

• ロタキサンの末端構造のみを変えることで、分子レベルにおける犠牲結合の切れやすさを制御
• 分子レベルでの輪の抜けやすさと、エラストマーの強度、伸び、壊れにくさといった材料全体の力学特性との相関関係を解明
• 材料本来の弾性をほぼ保ちつつ、少量のロタキサン架橋の導入によって破断エネルギーを最大約20倍に向上

分子レベルの設計によって材料全体の力学特性を合理的に制御できる本手法は、高分子材料の新たな設計指針となることが期待されています。

今後の展望と論文情報

研究グループは今後、得られた設計指針をもとにエラストマーのさらなる高機能化と用途拡大を進めるとしています。これにより、自動車材料や建築物の制振・耐震材料をはじめ、高い強靭性が求められる多様な分野への展開が見込まれています。

本研究成果は、2026年8月30日（現地時間）付で学術誌「Advanced Materials」にオンライン掲載されました。また、科学技術振興機構（JST）の戦略的創造研究推進事業CRESTおよび日本学術振興会（JSPS）の科学研究費助成事業による支援を受けて実施されました。

本記事は千葉大学および東京科学大学の発表をもとに作成

Dellows News編集部

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