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Fatigue behavior and underlying mechanism of tough and self-healing hydrogels

研究課題

研究課題/領域番号 19K23617
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分基金
審査区分 0501:物理化学、機能物性化学、有機化学、高分子、有機材料、生体分子化学およびその関連分野
研究機関北海道大学

研究代表者

崔 昆朋  北海道大学, 化学反応創成研究拠点, 特任助教 (30843198)

研究期間 (年度) 2019-08-30 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードhydrogels / tough and self-healing / multiscale structure / fatigue resistance / Tough and self-healing / phase contrast / tough / self-healing / fatigue behavior / structure change
研究開始時の研究の概要

This research will bring a fundamental understanding of mechanism of fatigue resistance of tough and self-healing hydrogels, which will be vital important for the design of next generation of fatigue-resistant gels and other network materials, as well as the theoretical development of soft matter.

研究成果の概要

筋肉などの耐荷重性の生体組織は高い耐疲労特性を持ちますが、生体組織の精巧な階層構造が、それらの優れた耐疲労特性にどのように寄与するかはよく理解されていません。 このプロジェクトでは、単純なモデルシステムとして高分子両性電解質ハイドロゲル(PAゲル)を用いて、階層構造を持つソフトマテリアルの疲労回復特性を研究しました。 疲労サイクル時にPAゲルの2つの連続した相ネットワークが過渡的な配向構造を形成し、その結果、顕著な亀裂の鈍化および亀裂進展を減速させる効果を誘発することを発見しました。これらの調査結果は、丈夫で疲労耐性のある材料設計の指針となることが期待されています。

研究成果の学術的意義や社会的意義

We revealed the antifatigue mechanism of tough and self-healing polyampholyte hydrogels, which not only give important hints to understand fatigue-resistant behavior of biotissues with complex hierarchical structures, but also provide design strategy for tough and fatigue-resistant hydrogels.

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 8件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Effect of Mesoscale Phase Contrast on Fatigue-Delaying Behavior of Self-Healing Hydrogels2021

    • 著者名/発表者名
      Li Xueyu, Cui Kunpeng, Kurokawa Takayuki, Ye Ya Nan, Sun Tao Lin, Yu Chengtao, Creton Costantino, and Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      Science Advance

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Molecular mechanism of abnormally large nonsoftening deformation in a tough hydrogel2021

    • 著者名/発表者名
      Ye Ya Nan、Cui Kunpeng、Hong Wei、Li Xueyu、Yu Chengtao、Hourdet Dominique、Nakajima Tasuku、Kurokawa Takayuki、Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 118 号: 14

    • DOI

      10.1073/pnas.2014694118

    • NAID

      120007160280

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Aggregated structures and their functionalities in hydrogels2021

    • 著者名/発表者名
      Cui Kunpeng, Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      Aggregate

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Constitutive modeling of bond breaking and healing kinetics of physical Polyampholyte (PA) gel2021

    • 著者名/発表者名
      Venkata Sairam Pamulaparthi、Cui Kunpeng、Guo Jingyi、Zehnder Alan T.、Gong Jian Ping、Hui Chung-Yuen
    • 雑誌名

      Extreme Mechanics Letters

      巻: 43 ページ: 101184-101184

    • DOI

      10.1016/j.eml.2021.101184

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Constitutive modeling of strain-dependent bond breaking and healing kinetics of chemical polyampholyte (PA) gel2021

    • 著者名/発表者名
      Pamulaparthi Venkata Sairam、Cui Kunpeng、Guo Jingyi、Zehnder Alan T.、Gong Jian Ping、Hui Chung-Yuen
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: - 号: 15 ページ: 4161-4169

    • DOI

      10.1039/d1sm00110h

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Stress Relaxation and Underlying Structure Evolution in Tough and Self-Healing Hydrogels2020

    • 著者名/発表者名
      Cui Kunpeng、Ye Ya Nan、Yu Chengtao、Li Xueyu、Kurokawa Takayuki、Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      ACS Macro Letters

      巻: 9 号: 11 ページ: 1582-1589

    • DOI

      10.1021/acsmacrolett.0c00600

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Phase Separation Behavior in Tough and Self-Healing Polyampholyte Hydrogels2020

    • 著者名/発表者名
      Cui Kunpeng、Ye Ya Nan、Sun Tao Lin、Yu Chengtao、Li Xueyu、Kurokawa Takayuki、Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 53 号: 13 ページ: 5116-5126

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.0c00577

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Hydrogels as dynamic memory with forgetting ability2020

    • 著者名/発表者名
      Yu Chengtao、Guo Honglei、Cui Kunpeng、Li Xueyu、Ye Ya Nan、Kurokawa Takayuki、Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 117 号: 32 ページ: 18962-18968

    • DOI

      10.1073/pnas.2006842117

    • NAID

      120006957256

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mesoscale bicontinuous networks in self-healing hydrogels delay fatigue fracture2020

    • 著者名/発表者名
      Li Xueyu、Cui Kunpeng、Sun Tao Lin、Meng Lingpu、Yu Chengtao、Li Liangbin、Creton Costantino、Kurokawa Takayuki、Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: - 号: 14 ページ: 7606-7612

    • DOI

      10.1073/pnas.2000189117

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of Structure Heterogeneity on Mechanical Performance of Physical Polyampholytes Hydrogels2019

    • 著者名/発表者名
      Cui Kunpeng、Ye Ya Nan、Sun Tao Lin、Chen Liang、Li Xueyu、Kurokawa Takayuki、Nakajima Tasuku、Nonoyama Takayuki、Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 52 号: 19 ページ: 7369-7378

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.9b01676

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Relaxation Dynamics and Underlying Mechanism of a Thermally Reversible Gel from Symmetric Triblock Copolymer2019

    • 著者名/発表者名
      Ye Ya Nan、Cui Kunpeng、Indei Tsutomu、Nakajima Tasuku、Hourdet Dominique、Kurokawa Takayuki、Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 52 号: 22 ページ: 8651-8661

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.9b01856

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Tough and self-healing hydrogels composed of polyampholytes2020

    • 著者名/発表者名
      Cui Kunpeng, Gong Jian Ping
    • 学会等名
      35th Summer University in Hokkaido
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Phase Separation Behavior in Tough Polyampholyte Hydrogels2020

    • 著者名/発表者名
      Cui Kunpeng, Kurokawa Takayuki, Gong Jian Ping
    • 学会等名
      第69回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multiscale Energy Dissipation Mechanism in Tough and Self-Healing Polyampholyte Hydrogels2019

    • 著者名/発表者名
      Kunpeng Cui, Takayuki Kurokawa, Jian Ping Gong
    • 学会等名
      第68回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Multiscale Energy Dissipation Mechanism in Tough and Self-Healing Hydrogels2019

    • 著者名/発表者名
      Kunpeng Cui, Xueyu Li, Jian Ping Gong
    • 学会等名
      MRS-Japan Materials Research Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-09-03   更新日: 2022-01-27  

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