ゲルの網目構造を利用したナノ秩序構造制御

• Project/Area Number: 15740260
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biophysics/Chemical physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 長尾 道弘 東京大学, 物性研究所, 助手 (90301150)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2005: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2004: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2003: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: マイクロエマルション / 高分子 / ゲル / 小角中性子散乱 / 中性子スピンエコー / 構造 / 相転移 / 界面活性剤 / ソフトマター / 中性子散乱 / 高圧

Research Abstract

NIPAゲル中のマイクロエマルション微粒子の構造について小角中性子散乱(SANS)実験を行った。今年度は、マイクロエマルション微粒子の代わりに、非イオン性界面活性剤C_<12>E_5からなるミセルをNIPAゲル中にトラップさせる事により形成される構造について検討した。昨年度調べたマイクロエマルションからオクタン相を取り除く事により、球状粒子サイズは半径がおよそ1/4になる事が予想される。
NIPAゲル中で作られるC_<12>E_5ミセルは高分子ゲル中に分散し、透明なゲルを形成する事が明らかとなった。この点は粒子サイズが小さくなる事によってゲルの不均一性が抑制されるとして理解する事ができる。しかし、測定したSANSプロファイルの解析から、ミセルは一様分散している訳ではなく、ドメイン形成している事がわかった。すなわち、粒子サイズを小さくしても、ミクロに相分離する傾向は変わらない。この事は、枯渇相互作用による相分離の傾向は粒子サイズに依存しない事を示す。
一方、温度変化による相転移の様子はオクタンが存在するか否かで異なる事もわかった。オクタンが存在する場合は、温度上昇に伴う界面活性剤膜の自発曲率変化によって球状構造はラメラ構造へと転移し、その後、NIPAの体積相転移温度を超える事によって内部のマイクロエマルション構造はゲル外へ吐き出され、不可逆な相転移を示す。しかし、オクタンが存在しない場合は、温度上昇に伴い、NIPA鎖が疎水的になる事に由来して、界面活性剤ミセルが高分子鎖と親和し、ゲル内部のドメイン構造が消失する。NIPAゲルの体積相転移温度の上下では可逆的にミセル構造とミクロドメインの消失が引き起こされる。
以上の結果から、NIPAゲル中の界面活性剤微粒子は枯渇相互作用により相分離するが、濃縮相において秩序構造を形成し、温度誘起転移を示す事が明らかとなった。また、活性剤の種類を変える事によって高分子鎖との相互作用を調整する事ができ、これによってナノスケールでの構造を制御する事ができる可能性が示唆される。

Research Products

• [Journal Article] Pressure-dependence of the bending modulus of surfactant monolayers in ternary microemulsion systems observed by neutron spin echo (2006)
  • Author(s): H.Seto, M.Nagao, Y.Kawabata
  • Journal Title: Colloids and Surfaces A : Pysicochemical and Engineering Aspects (印刷中)
• [Journal Article] Pressure effect on semi-microscopic structures in a ternary microemulsion (2006)
  • Author(s): M.Nagao et al.
  • Journal Title: Physica B (印刷中)
• [Journal Article] Relocation and upgrade of neutron spin echo spectrometer, iNSE (2006)
  • Author(s): M.Nagao et al.
  • Journal Title: Physica B (印刷中)
• [Journal Article] Pressure-induced hexagonal phase in a ternary microemulsion system composed of a non-ionic surfactant, water, and oil (2005)
  • Author(s): M.Nagao et al.
  • Journal Title: The Journal of Chemical Physics 123 Pages: 54705-54705
• [Journal Article] Small-angle neutron scattering study on a structure of microemulsion mixed with polymer networks (2005)
  • Author(s): M.Nagao, S.Okabe, M.Shibayama
  • Journal Title: the Journal of Chemical Physics 123 Pages: 144909-144909
• [Journal Article] Evaluation of Incoherent Neutron Scattering from Softmatter (2005)
  • Author(s): M.Shibayama, M.Nagao et al.
  • Journal Title: the Journal of Physical Society of Japan 74 Pages: 2728-2728
  • NAID: 110002250643
• [Journal Article] Neutron spin-echo studies on dynamic and static fluctuations in two types of poly(vinyl alcohol) gels (2005)
  • Author(s): T.Kanaya et al.
  • Journal Title: Physical Review E 71 Pages: 11801-11801
• [Journal Article] Temperature and pressure effects on the bending modulus of monolayers in a ternary microemulsion (2004)
  • Author(s): K.Kawabata et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters 92 Pages: 56103-56103
• [Journal Article] SANS study on pressure-induced phase separation of poly(N-isopropylacrylamide) aqueous solutions and gels (2004)
  • Author(s): M.Shibayama et al.
  • Journal Title: Macromolecules 37 Pages: 2909-2909
• [Journal Article] Droplet density dependences of the static and dynamic structures in a ternary microemulsion system (2004)
  • Author(s): M.Nagao et al.
  • Journal Title: AIP CONFERENCE PROCEEDINGS 708 Pages: 92-92
• [Journal Article] マイクロエマルション系における低次元物体の熱的揺らぎ (2004)
  • Author(s): 好村滋洋 他
  • Journal Title: 日本物理学会誌 59 Pages: 370-370
• [Journal Article] Effect of Ionization on the Temperature and Pressure Induced Phase Transitions of Poly(N-isopropylacrylamide) Gels (2004)
  • Author(s): Nashimova et al.
  • Journal Title: The Journal of Chemical Physics 37 Pages: 8721-8721
• [Publications] Nagao, Seto, Shibayama, Yamada: "Small-angle neutron scattering study of droplet density dependence of the water-in-oil droplet structure in a ternary microemulsion"Journal of Applied Crystallopgraphy. 36. 602-606 (2003)
• [Publications] 長尾, 瀬戸, 武田: "ISSP-NSE装置移設にかける夢"日本中性子科学会誌「波紋」. 13・3. 173-176 (2003)
• [Publications] Nagao, Seto, Kawabata, Shibayama: "Droplet density dependences of the static and dynamic structures in a ternary microemulsion system"AIP Conference Proceedings. (in press).
• [Publications] Shibayama, Isono, Okabe, Karino, Nagao: "SANS study on Pressure-Induced phase Separation of Paly(N-isopropgalacylamide) Aqueous Solutions and Gels"Macromolecules. (in press).
• [Publications] 瀬戸, 長尾, 川端: "マイクロエマルション系の構造の温度・圧力依存性"オレオサイエンス. 3・10. 5-16 (2003)
• [Publications] Kawabata, Nagao, Seto, Komura, Takeda, Schuahu, Yamada, Nobutou: "Temperature and pressure effects on the bending modulus of monolayers in a ternary microemulsion"Physical Review Letters. 92. 056103 (2004)