Construction of colloidal crystals with simple cubic lattice by precisely designed polymer-brush-decorated hybrid particles
| Project/Area Number |
21H02000
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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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 | Osaka Metropolitan University (2022-2023)
Osaka Prefecture University (2021) |
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Principal Investigator |
大野 工司 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (00335217)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | 高分子合成 / 高分子構造・物性 / ナノ材料 / 表面・界面物性 / 自己組織化 |
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| Outline of Research at the Start |
微粒子が結晶状に配列した組織体であるコロイド結晶は、その屈折率の周期性により光の伝播を制御できるため光学材料へ応用できる。また、それは結晶構造のモデル系として適しており盛んに研究されている。近年、単純立方格子（SC）型のコロイド結晶が極めて優れた光学特性を示すことが報告された。しかし、その構造は不安定であり人工的に構築された例は皆無である。本研究では、我々が独自に開発したポリマーブラシ付与複合微粒子の合成技術を駆使して、SC型コロイド結晶の構築法を世界に先駆けて確立し、その構造および特性をあきらかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、先ず、表面開始リビングラジカル重合によりローダミンおよびNBDにより蛍光標識したシリカ微粒子表面にカルボン酸、水酸基、および三級アミンを含有したポリマーブラシをグラフトすることにより複合微粒子を調製した。この際、グラフトポリマー鎖の分子量、モノマー組成を変えることにより、複合微粒子の構造パラメータを制御した。熱重量分析により高密度グラフト化を確認し、光散乱法および各種顕微鏡により複合微粒子の高い分散性を確認した。カルボン酸または水酸基含有ポリマーブラシ付与シリカ微粒子と三級アミン含有ポリマーブラシ付与複合微粒子を混合することにより、水素結合を介して相互作用することがわかり、それぞれの複合微粒子の濃度を調整することにより、両者が交互に配列した二成分系コロイド結晶を構築できることを明らかにした。この結晶化は、水素結合性溶媒の添加量によって制御できることがわかり、それが結晶化速度に大きく影響を与えることを明らかにした。また、グラフトポリマーの分子量を調整することにより、二成分の複合微粒子の結合様式を制限し、それによって配列状態を制御できることを明らかにした。事実、微粒子の混合比も併せて変化させることにより、微粒子が線状やピラミッド状に配列するユニークな構造の形成を観察できた。また、昨年度に合成した荷電ポリマーブラシ付与ナノシートが極めて迅速にリオトロピック液晶を形成することを明らかにした。この現象を詳細に検討した結果、液晶化は、溶媒の誘電率、溶媒の塩濃度、粒子表面の電荷密度に大きく依存することを明らかにした。これは、低極性溶媒中における異方性粒子の液晶形成に関する初めての例である。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(23 results)
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[Journal Article] Grafted Nanoparticle Surface Wetting during Phase Separation in Polymer Nanocomposite Films2021
Author(s)
Shawn M. Maguire, Michael J. Boyle, Connor R. Bilchak, John Derek Demaree, Austin W. Keller, Nadia M. Krook, Kohji Ohno, Cherie R. Kagan, Christopher B. Murray, Patrice Rannou, and Russell J. Composto
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Journal Title
ACS Appl. Mater. Interfaces
Volume: 13
Issue: 31
Pages: 37628-37637
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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