2022 Fiscal Year Annual Research Report
Study of self-assembled water nanostructures and its morphology control
Publicly Offered Research
| Project Area | Aquatic Functional Materials: Creation of New Materials Science for Environment-Friendly and Active Functions |
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| Project/Area Number |
22H04536
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
原 光生 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10631971)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 液晶 / モルフォロジー / 湿度応答 / 自己集合 / シリコーン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、潮解・吸湿現象を材料の機能化に取り入れることで、高分子材料の新たな学理を構築するとともに革新的な水圏機能材料を創製することである。具体的には、潮解・吸湿で自己組織化するイオン性高分子材料について理解を深め、ナノメートル周期の水（ナノ水圏）の形状や配向を自在に操作する技術を開発する。
令和4年度は以下のルートに従い合成したアニオン種の異なるイオン性ポリシロキサンを評価した。まず中和度0%のアミノ基含有ポリシロキサンを2官能性シランカップリングから合成し、塩酸や臭化水素酸、ヨウ化水素酸などで中和することでアニオン種を変化させた。これらのポリマーを湿度制御下の各種in-situ測定（X線回折法や水晶振動子マイクロバランス（QCM）法、赤外分光法）にて系統的に自己集合挙動を評価した。その結果、自己集合の秩序や周期サイズ、湿度応答性が周期表の序列に依存しないことがわかった。塩化物イオンとヨウ化物イオンをもつポリシロキサンよりも、臭化物イオンをもつポリシロキサンの方が自己集合体の形成に由来するX線散乱の強度が高かった。塩化物イオンをもつポリシロキサンに関しては、イオン基の第一水和圏に存在する水分子がイオン基あたり1つであることがテラヘルツ分光の結果からわかり、それ以上の水分子が取り込まれる湿度域では自己集合体は崩壊した。よって、第一水和圏の水分子数が自己集合と密接に関わることが示唆された。ハロゲン種の異なるイオン性ポリシロキサンの周期表の序列に従わない原因に関してもテラヘルツ分光測定を積極的に活用して解明していく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ハロゲン種によって自己集合の秩序やサイズが異なることを見いだすとともに、それらの差異が周期表の序列に依存しないという予期せぬ結果を得た。分子構造が非常に単純であり広く産業展開されているシリコーンにおいてこのような基礎的な知見が埋もれていたことに驚くとともに、シリコーンの新たな学理構築の端緒を得られたことは、本研究の計画段階には想定していない展開であった。
さらに、塩化物イオンを含むポリシロキサンの自己集合に第一水和圏の水分子数が関係するという、ポリシロキサンの湿度誘起自己集合のメカニズム解明にせまる重要な知見が得られた。以上のような経緯により、本研究は当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度は、領域内の班間連携を強化し、テラヘルツ分光や重水加湿赤外分光法、レオメータ測定などの測定法を取り入れる。新学術領域研究の目的に則った共同研究の積極利用により、自身のみでは達成が困難な評価ツールを用い、イオン性ポリシロキサンの湿度誘起自己集合のメカニズムを攻究する。特に、調湿環境において水分子が自己集合にどのような影響を与えているのかをバルク水と比較しながら理解することで、水圏機能材料の主役である水分子のナノスケール空間における挙動の理解に努める。
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