新規な高分子間相互作用「"Electrodynamic"相互作用」の実験的検証

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450386
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 松岡 秀樹 京都大学, 工学研究科, 助教授 (40165783)
• キーワード: コロイド結晶 / 超小角X線散乱 / 静電的相互作用 / カウンターイオン / イオン雰囲気

研究概要

我々の提唱する「Electrodynamic Interaction」の発現機構を実証するため、コロイド結晶構造に及ぼすカウンターイオン種の影響について、超小角X線散乱法(USAXS)により詳細な調査を行うとともに、総合的考察を行った。コロイド結晶における粒子間距離は、イオン強度が増加すると減少することが知られていたが、我々の詳細かつ厳密な測定により、10^<-5>M以下の塩濃度においては、逆に増加することが見いだされた。これはコロイド粒子間に静電的引力相互作用が存在することを意味するが、これは旧来より提唱されてきた単純な静電的引力ではないことは明らかであった。そこでカウンターイオンをプロトンからナトリウムに置換したところ、相互作用はカウンターイオンの種類依存があることが明らかとなった。カウンターイオンとしてその種依存がある性質は、イオンの表面電化密度および拡散係数が考えられる。カウンターイオンとしてのプロトンを徐々に、上記イオンに置き換えて粒子間距離を測定したところ、いずれのイオンに対しても、粒子間距離は増大し、やがて一定値となった。よって、これらいずれのイオンも引力的相互作用を弱める作用があることが確認された。引力を弱める程度は、K^+>Na^+>TMA^+【approximately equal】Li^+の順であり、表面電荷密度の順番であった。よって、我々の提唱する「Electrodynamic Interaction」は、塩濃度10^<-5>M以下のイオン雰囲気が強制的に極度にオーバーラップする異常な状態で発現し、基本的にカウンターイオンがプロトンの時のみ発現し、他のイオンは、その電荷密度に応じて引力を弱める働きしか無いことが明らかとなった。プロトンの時のみ発現することから、「Electrodynamic Interaction」の発現機構には、プロトンジャンプに起因する以上に高い当量電導度が関係していると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] H.Matsuoka et al.: "The Structure of Colloidal Alloy Crystals revealed by Ultra-small-angle Neutron Scattering"Coll. Surf. A. 17-24 (2001)
• [文献書誌] H.Matsuoka et al.: "Comparison of USAXS Information with RMSA Prediction for the Effect of Added Salt on the Colloidal Crystal Structure"J. Polym. Sci. Polym. Phys.,. 39(1). 78-90 (2001)
• [文献書誌] H.Matsuoka et al.: "Ultra-small-angle X-ray and Neutron Scattering Studies of Colloidal Crystal"J. Appl. Cryst.. 33(3). 855-859 (2000)
• [文献書誌] H.Matsuoka et al.: "The Significant Information of Stability of Colloidal Crystal Revealed by Ultra-Small-Angle Synchrotron X-ray and Neutron Scattering"Coll. Surf. A,. 174/1-2. 99-111 (2000)
• [文献書誌] H.Matsuoka et al.: "The Mystery of Colloidal Crystal Formation --Novel Aspects obtained by Ultra-small-angle X-ray Scattering"Coll. Surf. A,. 174/1-2. 79-98 (2000)
• [文献書誌] H.Matsuoka et al.: "An Exact Evaluation of Salt Concentration Dependence of Interparticle Distance in Colloidal Crystals by Ultra-small-angle X-ray Scattering IV -Effect of Counterion"Langmuir. 16(4). 1612-1619 (2000)