2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of molecular mechanism of high performance gel with high strength and high ductility
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16K05914
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
古賀 毅 京都大学, 工学研究科, 教授 (80303866)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ゲル / シミュレーション / ナノコンポジットゲル / ダブルネットワークゲル / 理論 / 高強度 / 高延性 / 力学物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成３０年度は，クレイ分散水溶液中でポリイソプロピルアクリルアミドを重合させることによって形成されたナノコンポジットゲル及び剛直な高分子と柔軟な高分子の相互貫入型ネットワークであるダブルネットワークゲルの力学物性に関する研究を行った．
ナノコンポジットゲルに関しては，高分子と円盤状粒子から構成されるネットワークの構造と力学物性に関して粗視化分子動力学シミュレーションを用いて計算し, ナノコンポジットゲルの高強度化の基本メカニズムについて明らかにした. 円盤状粒子と高分子間の水素結合によりネットワークは密な架橋構造を形成し, 高いヤング率と破断伸度を示した. 特に高い破断伸度に対して高分子の分子量が重要であることが分かった. 低伸長比の一軸伸長変形下ではネットワークの架橋構造は維持され, 応力が伸長比に対してほぼ線形に増加することが示された. 一方, 高伸長比では吸着した高分子鎖が円盤状粒子より引き剥がされることで, 多数の短い架橋鎖が少数の長い架橋鎖に変化し, 応力の増加が抑制されることが分かった..計算結果は報告されている実験結果と定性的に一致した.
ダブルネットワークゲルに関しては，ラジカル重合をモデル化して，剛直な高分子から成る第1ネットワークと柔軟な高分子からなる第2ネットワークが相互貫入型したネットワークを作成し，粗視化分子動力学シミュレーションを用いて，ダブルネットワークゲルの伸長時の構造と力学物性について解析を行った．第1ネットワークを密に，第2ネットワークを非常に疎に架橋することで，伸長時の第1ネットワークの犠牲結合としての効果が向上することが分かった．ネットワーク間に相互作用を導入したモデルにより力学物性が向上し，実験系の傾向により近い応力ひずみ曲線が得られ，ダブルネットワークゲルの高強度機構には，ネットワーク間の親和性が重要であることが示唆された．
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