2021 Fiscal Year Research-status Report
分子ダイナミクス計測による架橋高分子材料の強靭化メカニズム解明
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20K05627
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
眞弓 皓一 東京大学, 物性研究所, 准教授 (30733513)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤本 和士 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (70639301)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 高分子ゲル / ポリエチレングリコール / 分子ダイナミクス / 中性子準弾性散乱 / 分子動力学シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２０２１年度は、鎖長の異なる４分岐ポリエチレングリコール（PEG）鎖を末端架橋することで得られる不均一高分子ゲルの伸長時における分子鎖ダイナミクスを調べた。単一鎖長のTetraPEGから得られる均一高分子ゲルと、アーム長の短いTetraPEGとアーム長の長いTetraPEGから得られる不均一高分子ゲルについて、延伸前における高分子鎖の局所ダイナミクスを比較すると、両者に差はなく、架橋不均一性は調整時における高分子鎖ダイナミクスに影響を与えないことが分かった。一方で、架橋点間分子量が不均一な高分子ゲルを延伸すると、均一高分子ゲルでは見られなかった分子運動が凍結された成分が観察された。この運動が凍結された成分は、短い架橋点間部分鎖に応力が集中したことによって生じたと考えられ、実験的に応力集中鎖を観察することに成功した。高分子ネットワーク中に存在する応力集中鎖の比率は、短い部分鎖比率の数倍であり、短い部分鎖だけではなく、その周辺の鎖にも応力が集中していることが分かった。均一高分子ゲルと不均一高分子ゲルの一軸延伸試験を行ったところ、不均一高分子ゲルの破断伸び、破断応力は均一高分子ゲルの場合よりも小さく、伸長に伴う応力集中がマクロな力学強度の低下と相関していることが示唆された。また、分子動力学シミュレーションによって高分子鎖伸長シミュレーションを行ったところ、一定以上の張力を与えることで、PEG鎖が伸び鎖となり、分子運動性が抑制されることが分かった。
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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
不均一な網目構造を有する高分子ゲルの伸長下における局所運動を中性子準弾性散乱法によって実測し、従来の計測法では定量が困難であった応力集中鎖の検察に成功した。架橋不均一性による応力集中は破断伸び・応力の低下と関係づけることができ、分子レベルにおける応力集中とマクロな力学物性との相関を明らかにすることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、変形時における応力集中を回避するために動的架橋の導入による高分子ゲルの強靭化指針の確立を目指す。具体的には、共有結合で架橋された固定架橋ネットワークに環状分子による環動架橋を導入する。固定架橋ゲルに、様々な比率で環動架橋を導入し、固定架橋ネットワークの応力集中を緩和する上で効率的な動的架橋の導入方法を探索する。
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