| 研究課題/領域番号 |
19H00905
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分35:高分子、有機材料およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
陣内 浩司 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20303935)
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| 研究分担者 |
佐藤 敏文 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80291235)
萩田 克美 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 講師 (80305961)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
47,320千円 (直接経費: 36,400千円、間接経費: 10,920千円)
2021年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2020年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2019年度: 35,360千円 (直接経費: 27,200千円、間接経費: 8,160千円)
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| キーワード | 環状混合ソフトマテリアル / 環状高分子 / 分子トポロジー / 延伸ナノ構造観察 / 電子線トモグラフィ / 延伸下ナノ構造観察 / 延下ナノ構造観察 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
単環状や多環状・かご型などの複雑な分子トポロジーをもつ環状高分子（環状鎖）は、線状高分子（線状鎖）の貫入を許し、環の大きさに応じて拘束する線状鎖の数を制御するため、従来の管模型で表現される絡み合いとは全く異なる未知の動的挙動を呈する。このような少量の環状鎖を線状鎖に添加した系（環状混合ソフトマテリアル）における環状鎖の環の大きさや導入量という広い自由度に対する基礎科学は、理論・シミュレーション・実験のいずれについてもほぼ手つかずの状態で残されてきた。本研究は、多様な分子トポロジーをもつ環状鎖の線状鎖との相互作用を分子論的に明らかにし、この新しい系でのダイナミクスの基本原理の構築を行う。
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| 研究成果の概要 |
単環状や多環状・かご型などの複雑な分子トポロジーをもつ環状高分子（環状鎖）は、線状高分子（線状鎖）の貫入を許し線状鎖を拘束するため、従来の管模型（レプテーション）で表現される絡み合いとは全く異なる未知の動的挙動を呈する。本研究では、化学架橋および物理架橋による網目構造に環状鎖を導入し、その力学的特徴について調べた。その結果、環状鎖の添加により破断歪みの増加やタフネスの向上などが見られた。これは、環状鎖が動的架橋点と振る舞うことで網目鎖同士の絡み合いが緩和されたためと考えられる。この様な特異な物性の発現の理由を調べるため、本研究では延伸その場電子顕微鏡観察の基礎技術を確立することにも成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
環状鎖を線状鎖に導入した環状混合ソフトマテリアルにおいて、環状鎖の導入は高分子網目構造の力学特性を向上させることがわかった。分子トポロジーをもつ環状鎖の線状鎖との相互作用を分子論的に明らかにしたことが、本研究の学術的な意義である。
架橋による網目構造の代表である架橋ゴム製品を例に取ると、本研究で判明した破断歪みやタフネスの増大は、限界せん断歪み450%以上の建築免震積層ゴムへの応用に有効であると考えられ、レジリエントな社会構築の基盤に資する。また、環状鎖を網目の架橋点として利用し、これを（光などの）刺激により線状鎖に形態変化させることができれば、ゴム材料のリサイクルへの道も拓かれると思われる。
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