2019 Fiscal Year Research-status Report
Control of Hydration States of Charged Polymer Thin Films and Visualization of the Interactions
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18K05218
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
檜垣 勇次 大分大学, 理工学部, 准教授 (40619649)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 荷電高分子 / 薄膜 / 水和状態 / イオン / 中性子反射率測定 / 潤滑性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
荷電高分子薄膜と超高分子量多糖高分子の複合化による潤滑性薄膜の創成と潤滑特性発現機構の解明に取り組んだ。複合膜の水和状態を中性子反射率測定、薄膜と摩擦プローブとの相互作用を凝着力測定により詳細に解析し、潤滑性を摩擦試験に基づいて評価することで、薄膜の水和状態と相互作用に基づく潤滑性発現機構を明らかにした。
超高分子量多糖が静電相互作用により複合化した薄膜は、電荷が中和されるため低膨潤度で親水性の低い高粘度薄膜を形成しており、極めて低い摩擦係数を示すことが明らかとなった。溶液中の超高分子量多糖が複合膜との親和性により界面に集積することで協奏的に潤滑層の局所粘度が増幅され、流体潤滑が誘導される新たな潤滑機構を明らかにした。荷電高分子ブラシ膜と超高分子量多糖の複合化により高度に潤滑性の高い複合膜を創成し、独自の潤滑機構を提案した初めての研究例である。
荷電高分子薄膜の水和状態と相互作用の制御により高潤滑薄膜が創成されており、相互作用が摩擦係数として定量的に可視化された点において、まさに本研究課題の成果として認められる。
さらに、荷電高分子が多成分溶媒との相互作用により発現する共貧溶媒効果について、中性子反射率測定により解析した。その結果、薄膜の水和状態変化が特定の溶媒の膜への局在化により引き起こされているのではなく、薄膜内の溶媒組成は浸積している溶媒組成とおおよそ同じであることを明らかにし、共貧溶媒組成前後での薄膜の構造変化の描像を詳細にとらえることに成功した。高分子薄膜が、複数の溶媒との協奏的な相互作用により水和状態を変調する現象を見出しており、次年度での発展が期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
荷電高分子ブラシ膜の水和状態については、中性子反射率測定によりイオンとの相互作用や共貧溶媒効果による水和状態変調について新たな知見が得られており、当初の計画以上に研究が進展している。当初計画していたRICMによる薄膜の相互作用ポテンシャルについては、共同研究により取り組んでいるものの、実験結果を説明できるモデルの解明には至っていない。研究代表者の異動により研究環境に大きな変化があったものの、研究計画の範囲内で研究が進捗しており、おおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者の研究室に配属された学部学生、大学院生を指導することで，研究の推進を図る。すでに、異動先で立ち上げた研究室でのサンプル調製を実現しており、スピーディーに研究を進める準備は整っている。共同利用・共同研究拠点を活用し、共同研究による研究の展開を加速させる。また、研究代表者は、Universityof Heidelberg 田中求教授（京都大学 特任教授）との共同研究を継続して行っているものの、感染症の影響により実験が遅延している。感染症が収束した後に先方の研究設備を利用した共同研究を再開できるように、万全の準備を整える。
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| Causes of Carryover |
実験試薬の使用期限のため保管期間に制限があり、分割して購入する必要が生じた。加えて、令和2年度には研究に携わる学生数が増えることとなり実験計画に変更が生じたため。令和2年度に計画的に使用する予定である。
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