Structural analysis of polymer gel using partial deuteration contrast variation method
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20K05635
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 35020:Polymer materials-related
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
高田 慎一 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究副主幹 (70435600)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
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| Keywords | 高分子ゲル / 中性子小角散乱 / NIPA / 小角中性子散乱 / SANS |
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| Outline of Research at the Start |
高分子ゲルの驚異的な水の保持能力、弾力性、体積相転移などの様々な物性・機能性は、形成される構造に強く依存する。そのため、これまで光 / X線 / 中性子散乱法を用いた構造解析が実施され、高分子ゲルの構造を「海島構造モデル」として議論されてきた。しかし、このモデルだけでは高分子ゲルの様々な物性・機能性の要因を明確に説明することは困難であった。本研究では、より精密な構造解析を実現するために、中性子の軽水素と重水素の散乱能の違いを利用することにより、高分子ゲル の「主鎖」および「側鎖」の各部位が構築する構造を明らかにし、ゲルの構造と機能発現のメカニズムを解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高分子ゲルの「主鎖」及び「側鎖」の各部位が構築する構造を明らかにし、高分子ゲルの構造不均一性の発現メカニズム、体積相転移時の各部位の役割、さらに水分子と側鎖の相互作用などを解明することが目的である。
令和４年度は、側鎖（イソプロピル基）を部分重水素化したN-イソプロピルアクリルアミド（NIPAd7）ゲルと、比較として、通常のH体のNIPAゲルを調製し、J-PARC物質・生命科学実験施設の小角・広角中性子散乱測定装置（BL15大観）を用いて、温度変化による高分子ゲルの構造解析を実施した。その結果、NIPAゲルはよく知られているように、転移温度（T=35℃）付近において、疎水性側鎖の凝集構造の影響により、低q領域の散乱強度が急激に増大し、散乱強度プロファイルから得られる相関長が転移温度付近で発散するような臨界点を示す挙動が観測された。一方、NIPAd7ゲルは、転移温度付近では散乱強度プロファイルに変化は見られず、さらに温度を上昇させると、42℃付近において散乱強度の増大が見られたが、散乱長の臨界点的な挙動は見られなかった。本測定では、溶媒に重水を用いることで、NIPAゲルは系全体（主鎖と側鎖）、NIPAd7ゲルは溶媒と重水素化側鎖の散乱長密度が近くなることから、主鎖部分の挙動を反映した結果が得られている。このことから、両ゲルの散乱強度プロファイルの温度変化は、側鎖と主鎖の挙動の変化を示しており、臨界点付近において、相関長の発散が観測される挙動は、側鎖の凝集構造の影響を強く反映していることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
部分重水素化した高分子ゲルを用いることで、当初の目的である高分子ゲルの「主鎖」及び「側鎖」の転移温度付近での散乱プロファイルの変化を測定し、ゲルの構造不均一性の発現メカニズムの解明のための知見を得ることができた。計画では、高分子ゲルのアブノーマルバタフライパターン現象の要因解明のため、延伸状態による高分子ゲルの構造解析を計画していたが、必要な延伸装置の検討が遅くなり、整備がおくれている。以上のことから、やや遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和５年度は、延伸装置の整備を進め、NIPAゲルと部分重水素化されたNIPAd7ゲルを、延伸環境下で中性子小角散乱測定を実施することで、延伸により高分子ゲルの「主鎖」及び「側鎖」が構築する構造を明らかにすることで、高分子ゲルのアブノーマル・バタフライパターン現象の要因について明らかにしたい。
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Report
(3 results)
Research Products
(3 results)
