2023 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of formation mechanism of aggregates consisting of nanostructures in soft materials
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22K03548
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小西 隆士 京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (90378878)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 高分子 / 結晶化 / 凝集体 / ポリトリメチレンテレフタレート |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究で結晶性高分子の一つであるポリトリメチレンテレフタレート（PTT）の深い過冷却度での結晶化過程において、数nmの微結晶による凝集体形成過程の存在を明らかにしてきた。しかしながら、この過程は従来の結晶化理論では十分な説明ができない。また、多くのソフトマテリアルにおいて、ナノ構造による凝集体の形成メカニズムはいまだ共通の問題として存在している。そこで本研究では、高分子を含むソフトマテリアルに対してナノ構造の凝集体の形成・破壊過程を、X線散乱法を主とした測定・解析を行うことで、「ソフトマテリアルに共通するナノ構造の凝集体形成メカニズム」を解明することを目指している。
前年度の研究において、シンジオタクチックポリプロピレン（sPP）のガラス転移温度近傍での等温結晶化過程について小角X線散乱（SAXS）測定、広角X線回折（WAXD）測定、光学顕微鏡観察を行ったところ、sPPにおいてもPTTと同様の微結晶の凝集体形成を伴う結晶化機構の存在を明らかにした。しかしながら、まだ機構を解明するところまでは至っていなかった。
そこで今年度は、ガラス状態のPTTをわずかに伸長させ、その伸長ガラスPTTのガラス転移温度付近における結晶化過程のSAXS・WAXD測定を行うことで、微結晶凝集体を伴う高分子結晶化機構の解明を試みた。その結果、延伸により微結晶が楕円体状に凝集すること、微結晶は延伸方向に対して垂直方向に層状に広がること、成長速度・核生成頻度は未延伸のものに比べて一桁早くなること、などが明らかになった。これらの成果は機構の解明を行う上で重要な結果である。
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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
これまでに明らかになっていたPTTに加えて、sPPについても微結晶凝集体を伴う結晶化過程の存在を明らかにした。さらに今年度行ったPTTの延伸結晶化により、延伸下においてもこの結晶化過程の存在を明らかにした。現在、凝集体形成キネティクスについても詳細に解析を行っている。また、物理ゲルの形成過程のSAXS測定についても行っており、現在、結果を解析している。以上の理由により おおむね順調 としている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在実施している延伸下でのガラス転移温度付近での等温結晶化過程の実験結果をまとめる。また、延伸下と静置場での実験結果をまとめることで、微結晶凝集体形成メカニズムの解明を行う。さらに結晶化した試料を延伸し、破壊挙動まで測定することで、高分子材料の延伸による破壊挙動を明らかにする。
また現在、物理ゲルの形成過程を測定・解析しているのでこれらをまとめる。さらに、X線散乱法によるタンパク質水溶液の凝集体形成過程の測定を行い、定量的な解析を行う。
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| Causes of Carryover |
当初、初年度の研究成果を本年度にアメリカ物理学会で発表することを予定していたが、国内で大きなソフトマターの国際会議（ISMC2023）があり、そこで口頭発表をおこなったため、差額が生じた。この差額については、現在レビュー論文を投稿しており、そのオープンアクセス費、および、本年度より開始した顕微鏡観察用装置の改良に使用する予定である。その他は当初の研究計画に沿った使用を進める。
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