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Creation of Tough Elastomer Based on DN Principle for Toughening of Hydrogels

Research Project

Project/Area Number 26870008
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Composite materials/Surface and interface engineering
Polymer/Textile materials
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

NAKAJIMA Tasuku  北海道大学, 先端生命科学研究院, 助教 (80574350)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywordsエラストマー / ゴム / 強靭化 / 犠牲結合 / ダブルネットワーク / セルロース / タフネス / 高強度
Outline of Final Research Achievements

Elastomer is unique and exclusive solid due to its anomalous softness and extensibility. For toughening of rubbers, dispersion of filler has been exclusively applied for a long time. However, recently significant improvement of elastomer toughness by this method has no longer been reported because this traditional method had been already studied for a long period. On the other hand, our group has created double network (DN) hydrogels with extremely high toughness comparable to industrial rubbers, despite 90wt% of water content. Tough DN gels are comprised of the two independent networks, which are brittle 1st and ductile 2nd networks. Note that gels and elastomers are essentially same in the mechanical viewpoint; mechanical behavior of both of them follows rubber elasticity theory. Inspired by the DN gel studies, in this research project I have created a series of tough elastomer by introduction of contrasting double network structure.

Report

(4 results)
  • 2016 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2015 Research-status Report
  • 2014 Research-status Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2017 2016 2015 2014

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 4 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Generalization of the Sacrificial Bond Principle for Gel and Elastomer Toughening2017

    • Author(s)
      Tasuku Nakajima
    • Journal Title

      Polymer Journal

      Volume: 印刷中 Issue: 6 Pages: 477-485

    • DOI

      10.1038/pj.2017.12

    • NAID

      40021203894

    • Related Report
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  • [Presentation] Study on requirements of the first network for tough double network gels2017

    • Author(s)
      Tasuku Nakajima, Takayuki Kurokawa, Jian Ping Gong
    • Organizer
      APS March Meeting 2017
    • Place of Presentation
      ニューオーリンズ(米国)
    • Year and Date
      2017-03-16
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] About requirements of the first network for synthesis of tough double network gels2017

    • Author(s)
      Tasuku Nakajima, Takayuki Kurokawa, Jian Ping Gong
    • Organizer
      GelSympo2017
    • Place of Presentation
      日本大学津田沼キャンパス(千葉県・習志野市)
    • Year and Date
      2017-03-07
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  • [Presentation] セルロースを犠牲結合とする高靱性・自己回復性エラストマーの創製2017

    • Author(s)
      村井 城治、中島 祐、黒川 孝幸、グン 剣萍
    • Organizer
      第51回高分子学会北海道支部研究発表会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2017-01-19
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  • [Presentation] 粘性エネルギーロスを示さないDouble Networkエラストマーの創製2017

    • Author(s)
      尾崎 雄平、中島 祐、野々山 貴行、黒川 孝幸、グン 剣萍
    • Organizer
      第51回高分子学会北海道支部研究発表会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2017-01-19
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  • [Presentation] 粘性によるエネルギーロスを示さないDNエラストマーの創製2016

    • Author(s)
      尾崎 雄平、中島 祐、野々山 貴行、黒川 孝幸、グン 剣萍
    • Organizer
      第65回高分子討論会
    • Place of Presentation
      神奈川大学横浜キャンパス(神奈川県・横浜市)
    • Year and Date
      2016-09-14
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      中島 祐
    • Organizer
      2016 年度北海道高分子若手研究会
    • Place of Presentation
      定山渓ビューホテル(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2016-09-03
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  • [Presentation] 粘性によるエネルギーロスを示さないDNエラストマーの創製2016

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      尾崎 雄平、中島 祐、野々山 貴行、黒川 孝幸、グン 剣萍
    • Organizer
      2016年度北海道高分子若手研究会
    • Place of Presentation
      定山渓ビューホテル(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2016-09-02
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  • [Presentation] セルロースを犠牲結合とする高靱性・自己回復性エラストマーの創製2016

    • Author(s)
      村井 城治、黒川 孝幸、中島 祐、野々山 貴行、グン 剣萍
    • Organizer
      2016年度北海道高分子若手研究会
    • Place of Presentation
      定山渓ビューホテル(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2016-09-02
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      Joji Murai, Tasuku Nakajima, Takayuki Kurokawa, Takayuki Nonoyama, Jian Ping Gong
    • Organizer
      北大若手研究者の会第16回研究交流会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2016-08-19
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  • [Presentation] DNゲルの強靭化に対する第1網目コンフォメーションの効果2016

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      中島 祐、太田 玖美、黒川 孝幸、グン 剣萍
    • Organizer
      第65回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場(兵庫県・神戸市)
    • Year and Date
      2016-05-25
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  • [Presentation] Fracture Process Analysis of Tough Double Network Gels2016

    • Author(s)
      Tasuku Nakajima
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      BIT's 2nd Annual World Congress of Smart Materials-2016
    • Place of Presentation
      シンガポール市(シンガポール)
    • Year and Date
      2016-03-06
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  • [Presentation] ダブルネットワーク構造を有する強靱エラストマーの創製2016

    • Author(s)
      尾崎雄平、中島祐、野々山貴行、黒川孝幸、グン剣萍
    • Organizer
      第50回高分子学会北海道支部研究発表会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2016-01-21
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  • [Presentation] Evaluation of swelling effect on mechanical property of polymer gels in wide range of swelling degree2015

    • Author(s)
      Tasuku Nakajima, Ken-ichi Hoshino, Takayuki Kurokawa, Takayuki Nonoyama, Jian Ping Gong
    • Organizer
      The 14th Pacific Polymer Conference
    • Place of Presentation
      コロア市(アメリカ合衆国)
    • Year and Date
      2015-12-12
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      2015 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Creation of Double Network Elastomer with High Toughness and Self-Recovering Property by Using Cellulose as Sacrificial Bonds2015

    • Author(s)
      Joji Murai, Tasuku Nakajima, Takayuki Kurokawa, Takayuki Nonoyama, Jian Ping Gong
    • Organizer
      The 14th Pacific Polymer Conference
    • Place of Presentation
      コロア市(アメリカ合衆国)
    • Year and Date
      2015-12-12
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Toughening of Soft Materials by Sacrificial Bond Principle2015

    • Author(s)
      Tasuku Nakajima
    • Organizer
      5th Asian Symposium on Advanced Materials
    • Place of Presentation
      釜山市(大韓民国)
    • Year and Date
      2015-11-04
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ダブルネットワーク構造を有する強靱エラストマーの創製2015

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      尾崎雄平、中島祐、野々山貴行、黒川孝幸、グン剣萍
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      2015年度北海道高分子若手研究会
    • Place of Presentation
      定山渓グランドホテル(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2015-08-28
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  • [Presentation] セルロースを犠牲結合とする高靱性・自己修復性エラストマーの創製2015

    • Author(s)
      村井城治、中島祐、黒川孝幸、野々山貴行、グン剣萍
    • Organizer
      セルロース学会第22回大会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2015-07-09
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  • [Presentation] セルロースを犠牲結合とする高靱性・自己修復性エラストマーの創製2015

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      村井城治、中島祐、野々山貴行、黒川孝幸、グン剣萍
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      第64回高分子学会年次大会
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      札幌コンベンションセンター(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2015-05-27
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      2015 Research-status Report
  • [Presentation] Fracture process analysis of tough double network hydrogels with well-defined first network2015

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      Tasuku Nakajima, Takahiro Matsuda, Takamasa Sakai, Takayuki Kurokawa, Ung-il Chun, Jian Ping Gong
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      2015 Conference on Deformation, Yield and Fracture in Polymers
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      ケルクラーデ市(オランダ)
    • Year and Date
      2015-04-01
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  • [Presentation] 犠牲結合を導入した強靭ダブルネットワークエラストマーの創製2015

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      米田有希、中島祐、黒川孝幸、グン剣萍
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      高分子学会2014年度北海道支部冬季研究発表会
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      北海道大学学術交流会館(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2015-01-26
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  • [Presentation] セルロースを犠牲結合とする高靱性・自己回復性ソフトマテリアルの創製2015

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      村井城治、野々山貴行、中島祐、黒川孝幸、グン剣萍
    • Organizer
      高分子学会2014年度北海道支部冬季研究発表会
    • Place of Presentation
      北海道大学学術交流会館(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2015-01-26
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      中島祐
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      第207回ゴム技術シンポジウム~どうすればゴムの強度を極限まで高められるか?~
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      東京電業会館(東京都)
    • Year and Date
      2015-01-16
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    • Invited
  • [Presentation] ポリメタクリル酸メチルを用いた強靭ダブルネットワークエラストマーの創製2014

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      米田有希、中島祐、黒川孝幸、グン剣萍
    • Organizer
      第63回高分子討論会
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      長崎大学(長崎県長崎市)
    • Year and Date
      2014-09-24
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  • [Presentation] 相分離構造導入によるゲルの高強度化:化学種の影響2014

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      2014年度北海道高分子若手研究会
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      定山渓ビューホテル(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2014-08-29
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  • [Presentation] セルロースを犠牲結合とする高靱性ソフトマテリアルの創製2014

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      村井城治、野々山貴行、中島祐、黒川孝幸、グン剣萍
    • Organizer
      2014年度北海道高分子若手研究会
    • Place of Presentation
      定山渓ビューホテル(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2014-08-29
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  • [Book] ゲルテクノロジーハンドブック~機能設計・評価・シミュレーションから製造プロセス・製品化まで~ 第8章第1節「ダブルネットワークゲルのからくり―犠牲結合と隠れ長」2014

    • Author(s)
      中島祐、グン剣萍
    • Total Pages
      908
    • Publisher
      エヌ・ティ-・エス
    • Related Report
      2014 Research-status Report

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Published: 2014-04-04   Modified: 2018-03-22  

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