Search for host-guest co-crystal and co-amorphous structures of polymers
Publicly Offered Research
| Project Area | Progressive condensed matter physics inspired by hyper-ordered structures |
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| Project/Area Number |
21H05574
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
千葉 文野 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (20424195)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | ホスト-ゲスト構造 / 分子吸蔵 / 結晶性高分子 / 液体分離 / リバースモンテカルロ法 / 中性子回折 / X線回折 / ポリオレフィン / アルカン / 共結晶 / ホストーゲスト構造 |
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| Outline of Research at the Start |
高分子isotactic poly(4-methyl-1-pentene) (P4MP1)(別名称TPXまたはPMP)は、耐熱性・軽量性・耐薬品性等に優れた材料として知られている。特に軽量性は枝分かれした側鎖が嵩高いことに起因し、結晶中にも主鎖間に空隙があると言われている。我々は、この空隙に低分子が吸蔵されるのではないかと着想し、実際に各種有機溶媒が吸蔵されることを見出している。本研究では、ゲストとなる低分子が、この高分子フィルム中にどのように吸蔵されるのかミクロな知見を得ることを主要な目的としている。
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者らは、水の圧力‐温度相図と、結晶性高分子sPSの圧力-温度相図にヒントを得て、P4MP1と呼ばれる高分子(別名TPXまたはPMP)が、低分子をゲストとして取り込み、多くの代表的な有機溶媒を吸蔵することを見出した(Chiba, et al., Langmuir 2019)。また、ヘキサンとデカンの混合液から鎖長が長い方の分子を優先的に吸蔵する特性など、液体分離に応用しうる特性も同時に見出している。しかし、これらの発見は本研究開始時点においてマクロな物性に限られており、ミクロな構造の理解がまだ全く進んでいなかった。本研究では、P4MP1がゲスト分子を吸蔵するに伴う、Ｘ線および中性子小角・広角回折の変化を計測し、分子吸蔵がミクロにどのように起きているか、その一部を解明できた。具体的には、P4MP1は結晶とアモルファスの密度が殆ど等しいため、ゲストの入っていないP4MP1膜はラメラ長周期ピークは観測されないが、非晶域への優先的吸蔵に伴い、ラメラ構造にコントラストが生じ、分子吸蔵に伴いラメラ長周期ピークが時々刻々生じることを見出した。また逆に、ゲスト分子の脱離に伴い、このピークは概ね消失することが分かった。
広角域に関しては、延伸したP4MP1膜を用い、２次元Ｘ線回折測定を行った。その結果、ゲスト吸蔵前には結晶中の空隙のために結晶構造が歪み、本来消滅則により観測できないはずの回折ピークが観測されること、また、結晶域への分子の吸蔵に伴い、空隙が分子で埋まることにより歪が解消して本来の結晶構造が回復し、このピークが消滅則に従い概ね消失することを見出した。
中性子小角・広角散乱からは、P4MP1がヘキサンとデカンの混合液からデカンを選択的に吸蔵する長鎖選択的吸蔵特性が、ラメラ長周期ピークよりも更に小角領域において顕著に見られることを見出した。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(17 results)
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[Presentation] パイエルス歪を伴う液体の非弾性励起エネルギー2021
Author(s)
乾雅祝, 梶原行夫, 細川伸也, 千葉文野, 中島陽一, 松田和博, ステルホーン・イエンツ, 萩谷透, 石川大介, 内山裕士, 筒井智嗣, バロン・アルフレッド
Organizer
日本物理学会2021年秋季大会
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