Elucidation of nano-millfeil creation by hard and soft alternate particle layering and its origin of physical property enhancement

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Materials science on mille-feullie structure -Developement of next-generation structural materials guided by a new strengthen principle-
• Project/Area Number: 19H05118
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 藤森 厚裕 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (00361270)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: ナノ・ミルフィーユ / 単粒子膜 / 交互積層膜 / 高分子ナノ粒子 / 有機修飾無機ナノ粒子 / 変形に対する層状秩序維持 / キンク状ナノ段差の導入 / 界面摩擦

Outline of Annual Research Achievements

金属材料系(主にMg合金系)に於ける長周期積層(LPSO)構造理論の高分子材料系への拡張の目的で，高分子ナノ粒子層を活用した，「ナノ・ミルフィーユ構造体」の創出と力学物性増強起源の解明を志向した．
高分子ナノ粒子は，気/水界面で単粒子膜を形成可能な疎水性高分子としてアタクチックポリスチレンを用いた．これを「軟質層」とする傍ら，「硬質層」として酸化物無機ナノ粒子の界面単粒子膜を調整した．具体的にはマグネタイト/四酸化三鉄ナノ粒子の最外層表面を長鎖脂肪酸で修飾し，その分散媒を気/水界面に展開することで，単粒子膜を得た．其々の単独粒子積層膜の層状周期をout-of-plane X線回折によって算出したところ，いずれも5 nmの値が得られ，この数値がほぼ粒子直径/単粒子膜厚みに等しいと考えられた．
これら其々の単粒子膜をLangmuir-Bludgett法により交互に積層し，有機/無機の交互積層膜を創出した．これを「ナノ・ミルフィーユ」と称し，パラクリスタル解析や，Scherrerの式による結晶子サイズの算出から，その秩序性を見積もったところ，単独粒子膜の秩序と同等以上の周期性を有していることが判明した．
次に，予め基板半面に長鎖脂肪酸単層膜によるナノサイズの段差を導入し，これを座屈状の「キンク」構造を見做して，粒子積層を行った，キンク導入ナノ・ミルフィーユを創製し，座屈導入前後での秩序維持特性の評価を行った．この際，基板は簡便に延伸変形可能な樹脂製基板を活用し，キンク導入前後のナノミルフィーユを其々一軸延伸変形させた際の，層状周期の位置特性を評価した．この結果，キンクの導入が変形による層状周期性の低下を抑制することが明らかになった．これは，各層間の層間摩擦の影響によるものと判断され，高分子材料系におけるミルフィーユ構造形成による秩序維持が，界面摩擦の恩恵を受ける可能性が示された．

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Adsorption Immobilization of Biomolecules from Subphase on Langmuir Monolayers of Organo-Modified Single-Walled Carbon Nanotube. (2021)
  • Author(s): Y. Abiko, Y. Yamada, T. Hayasaki, Y. Kimura, AA. Almarasy, A. Fujimori
  • Journal Title: Colloids Surf. A Volume: 621 Pages: 126559-1-14
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2021.126559
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of Molecular Arrangement of Long-chain Ferrocenyl Derivatives Having Asymmetric Carbon by Method of Organized Molecular Films and Formation of Its Helical Nanofibers. (2021)
  • Author(s): Y. Kimura, Y. Mashiyama, H. Maruyama, Y. Kawabata, T. Kijima, A. Fujimori
  • Journal Title: ChemistrySelect Volume: 6(9) Pages: 2198-2209
  • DOI: 10.1002/slct.202004199
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison of characteristics of single-walled carbon nanotubes obtained by super-growth CVD and improved-arc discharge methods pertaining to interfacial film formation and nanohybridization with polymers (2021)
  • Author(s): AA. Almarasy, T. Hayasaki, Y. Abiko, Y. Kawabata, S. Akasaka, A. Fujimori
  • Journal Title: Colloids Surf. A Volume: 615 Pages: 126221-126221
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2021.126221
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of A2+B3 type hyperbranched poly(amide-ether) block copolymer and its shape memory function (2021)
  • Author(s): R. Kudo, T. Tsukamoto, S. Nakajo, A. Fujimori, Y. Oishi, Y. Shibasaki
  • Journal Title: Eur. Polym. J. Volume: 146 Pages: 110255-110255
  • DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2020.110255
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extension of “Interfacial Adsorption Denaturation” Behavior Interpretation Based on Gibbs Monolayer Formation by Biomolecules (2021)
  • Author(s): Y. Kimura, Y. Mashiyama, H. Maruyama, A. Fujimori
  • Journal Title: J. Oleo Sci. Volume: 70 Pages: 349-362
  • DOI: 10.5650/jos.ess20222
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of the uniaxial orientation on the polymer/filler nanocomposites using phosphonate-modified single-walled carbon nanotube with hydro- or fluorocarbons (2021)
  • Author(s): T. Hayasaki, Y. Abiko, AA. Almarasy, S. Akasaka, A. Fujimori
  • Journal Title: Polym. Bull. Volume: 78 Pages: in press
  • DOI: 10.1007/s00289-020-03388-w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tracking and Recovery of Metal Desorption from Organized Films of Polyguanamine Derivatives having Cyclic Moieties (2020)
  • Author(s): K. Fukushi, J. Yamaguchi, Y. Shibasaki, A. Fujimori
  • Journal Title: ChemistrySelect Volume: 5 Pages: 13418-13428
  • DOI: 10.1002/slct.202003172
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Verification of interfacial monolayer conformation of weakly hydrophilic diamide derivatives possessing a fluorocarbon-sandwiched hydrocarbon (2020)
  • Author(s): H. Maruyama, Y. Mashiyama, Y. Kimura, T. Yajima, A. Fujimori
  • Journal Title: Colloids Surf. A Volume: 606 Pages: 125389-125389
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2020.125389
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analysis of soft and hard nanoparticle alternating multilayers for the development of theory for long-period stacking order structure prepared by Langmuir-Blodgett method (2020)
  • Author(s): H. Machida, H. Kikuchi, T. Ohashi, A. Fujimori
  • Journal Title: Thin Solid Films Volume: 709 Pages: 138235-138235
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2020.138235
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of Hexagonal Plate-like ZnO Single-crystal Particles in the Presence of Anionic Amphiphiles (2020)
  • Author(s): H. Shibata, Y. Iizuka, T. Kawai, Y. Watai, M. Amano, A. Fujimori, T. Ogura, K. Hashimoto
  • Journal Title: J. Oleo Sci. Volume: 69 Pages: 783-787
  • DOI: 10.5650/jos.ess20083
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formation, Structure, and Function of Hydrogenated and Fluorinated Long‐Chain Phosphonate‐Modified Single‐Walled Carbon Nanotubes with Bidentate Bonds (2020)
  • Author(s): Y. Abiko, T. Hayasaki, H. Hirayama, AA. Almarasy, Y. Kawabata, A. Fujimori
  • Journal Title: ChemistrySelect Volume: 5 Pages: 6594-6607
  • DOI: 10.1002/slct.202001535
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Creation of Highly Ordered “Nano-Mille-Feuille” Hard/Soft Nanoparticle Multilayers with Interparticle Cross-Linking by Diacetylene-Containing Chains (2020)
  • Author(s): T. Ohashi, N. Kikuchi, A. Fujimori
  • Journal Title: Langmuir Volume: 36 Pages: 5596-5607
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c00782
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 硬軟ナノ粒子膜の交互積層による「ナノ・ミルフィーユ」構造体の秩序維持特性評価の試み (2021)
  • Author(s): 大橋 嵩人，菊地 七夏太，藤森 厚裕
  • Organizer: 日本化学会 第101春季年会
• [Presentation] 界面活性剤の導入によるフッ化炭素修飾カーボンナノチューブのフッ素樹脂中における分散効果 (2021)
  • Author(s): 早﨑 拓登，Ahmed A. ALMARASY, 藤森 厚裕
  • Organizer: 日本化学会 第101春季年会
• [Presentation] フッ化炭素鎖を含むトリアジン誘導体の水面上単分子膜における界面配座の検証 (2021)
  • Author(s): 丸山 遥輝, 前田 もも, 藤森厚裕
  • Organizer: 日本化学会 第101春季年会
• [Presentation] 加温下におけるキンク導入「ナノ・ミルフィーユ」構造体の配列維持挙動 (2021)
  • Author(s): 菊地 七夏太，大橋 嵩人，藤森 厚裕
  • Organizer: 日本化学会 第101春季年会
• [Presentation] 二鎖型ジアミド系チキソトロピー性添加剤分子の繊維成長促進による球状粒子化抑制 (2021)
  • Author(s): 増山 裕貴，山田 優奈，丸山 遥輝，佐藤 栄一，藤森 厚裕
  • Organizer: 日本化学会 第101春季年会
• [Presentation] 金属捕集能を有する含環状部位ポリグアナミン誘導体のリンカー部位置換による配列変化の検討 (2021)
  • Author(s): 山口 潤人，大築 勇斗，芝崎 祐二，藤森 厚裕
  • Organizer: 日本化学会 第101春季年会
• [Presentation] 硬軟ナノ粒子交互積層を活用したナノ・ミルフィーユ構造体の創出 (2020)
  • Author(s): 大橋 嵩人，藤森 厚裕
  • Organizer: 第69回高分子学会年次大会
• [Presentation] フッ化炭素鎖を含むジアミド系チキソトロピー性添加剤分子の超分子組織化 (2020)
  • Author(s): 丸山 遥輝, 岡野 嶺, 佐藤 栄一, 矢島 知子, 藤森 厚裕
  • Organizer: 第69回高分子学会年次大会
• [Presentation] 有機修飾法を駆使した単層カーボンナノチューブの機能拡張-ナノコンポジット調整と組織化膜形成- (2020)
  • Author(s): 安彦 喜寛，早﨑 拓登，Ahmed A. ALMARASY，藤森 厚裕
  • Organizer: 第69回高分子学会年次大会
• [Presentation] 気/水界面吸着を活用したバイオ分子変性挙動解明に関する新提案-等電点の影響- (2020)
  • Author(s): 木村 祐介，藤森 厚裕
  • Organizer: 第69回高分子学会年次大会
• [Presentation] 含環状部位ポリグアナミン誘導体の組織化膜による金属捕集とその脱離回収技術の確立 (2020)
  • Author(s): 福士 敬斗，芝崎 祐二，藤森 厚裕
  • Organizer: 第69回高分子学会年次大会
• [Presentation] 結晶性フッ素ポリマー/フッ化炭素鎖修飾単層カーボンナノチューブナノ複合材に対する延伸配向効果 (2020)
  • Author(s): 早﨑 拓登，安彦 喜寛，Ahmed A. ALMARASY，藤森 厚裕
  • Organizer: 第69回高分子学会年次大会
• [Presentation] 有機修飾単層カーボンナノチューブによるLangmuir 膜形成と，その累積膜の構造と機能 (2020)
  • Author(s): 安彦 喜寛，早﨑 拓登，ALMARASY Ahmed A.，川端 庸平，藤森 厚裕
  • Organizer: 第71回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] バイオ分子群のコンフォメーション転移に戻づく「界面吸着変性」挙動の再定義 (2020)
  • Author(s): 木村 祐介，藤森 厚裕
  • Organizer: 第71回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] 含環状部位ポリグアナミン誘導体の組織化膜による金属捕集能とその脱離挙動の検討 (2020)
  • Author(s): 福士 敬斗，山口 潤人，芝崎 祐二，藤森 厚裕
  • Organizer: 第71回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] ジアセチレン含有鎖による粒子間架橋を資した高秩序性「ナノ-ミル・フィーユ硬軟ナノ粒子交互積層膜の創製 (2020)
  • Author(s): 大橋 嵩人，菊地 七夏太，藤森 厚裕
  • Organizer: 第71回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] 長鎖ホスホン酸修飾単層カーボンナノチューブを含むポリマー/ナノフィラーコンポジットへの一軸配向の影響 (2020)
  • Author(s): 早﨑 拓登，安彦 喜寛， Ahmed A. ALMARASY，藤森 厚裕
  • Organizer: 第71回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] フッ化炭素鎖で挟まれた炭化水素鎖を有する弱親水性ジアミド誘導体の水面上単分子膜配座の検証 (2020)
  • Author(s): 丸山 遥輝, 岡野 嶺, 佐藤 栄一, 矢島 知子, 藤森 厚裕
  • Organizer: 第71回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] 硬軟ナノ粒子交互積層膜を活用したナノ・ミルフィーユ構造体の創出 (2020)
  • Author(s): 菊地 七夏太，大橋 嵩人，藤森 厚裕
  • Organizer: 第71回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] ジェミニ型ジアミド系チキソトロピー性添加剤分子に対するナノ繊維形態制御 (2020)
  • Author(s): 増山 裕貴，丸山 遥輝，木村 祐介，佐藤 栄一，藤森 厚裕
  • Organizer: 第71回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] 金属捕集能を有する含環状ポリグアナミン誘導体組織化膜の形成とその構造 (2020)
  • Author(s): 山口 潤人，福士 敬斗，芝崎 祐二，藤森 厚裕
  • Organizer: 第71回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] 炭化水素鎖，およびフッ素化炭素鎖を有するホス ホン酸修飾単層カーボンナノチューブの形成とその構造 (2020)
  • Author(s): 安彦 喜寛，早﨑 拓登， Ahmed A. ALMARASY，川端 庸平，藤森 厚裕
  • Organizer: 第69回高分子討論会
• [Presentation] 多重水素結合性・含環状部位ポリグアナミン誘導体による超分子組織化とその金属捕集/脱離能 (2020)
  • Author(s): 福士 敬斗，山口 潤人，芝崎 祐二，藤森 厚裕
  • Organizer: 第69回高分子討論会
• [Presentation] 一軸高温延伸によるフッ素系ポリマー/ホスホン酸修飾単層カーボンナノチューブ複合材料に対する配向効果 (2020)
  • Author(s): 早﨑 拓登，安彦 喜寛，Ahmed A. ALMARASY，藤森 厚裕
  • Organizer: 第69回高分子討論会
• [Presentation] フッ化炭素鎖により炭化水素鎖リンカーを挟んだトリブロックジアミド誘導体の界面単分子膜配座の検証 (2020)
  • Author(s): 丸山 遥輝，増山 裕貴，木村 祐介，佐藤 栄一，矢島 知子，藤森 厚裕
  • Organizer: 第69回高分子討論会
• [Presentation] 新規チキソトロピー性添加剤分子のナノ繊維化と界面単分子膜挙動 (2020)
  • Author(s): 木村 祐介，丸山 遥輝，増山 裕貴，佐藤 栄一，木島 龍朗，藤森 厚裕
  • Organizer: 第69回高分子討論会
• [Presentation] 修飾鎖間にジアセチレン架橋を導入したナノ・ミルフィーユ硬軟ナノ粒子交互積層膜の創製 (2020)
  • Author(s): 大橋 嵩人，菊地 七夏太，藤森 厚裕
  • Organizer: 第69回高分子討論会