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2020 年度 実績報告書

ゲル力学挙動の精密解析による単一高分子鎖の伸長・破断挙動の実験的決定

研究課題

研究課題/領域番号 17H04891
研究機関北海道大学

研究代表者

中島 祐  北海道大学, 先端生命科学研究院, 准教授 (80574350)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード高分子物理 / ゲル / ダブルネットワークゲル / 一本鎖 / 弾性 / 破断
研究実績の概要

本研究では、高分子1本鎖の極限伸長にまで至る力学物性を、ゲルの力学物性から抽出することを目標としている。
項目1:ダブルネットワークの力学測定による1本鎖力学特性の抽出、について、昨年度までに本方法がある程度の精度で実験的に可能であることを確認し、さらに測定理論の構築を行った。本年度は本測定理論の理論的検証と深化を行った。具体的には、まず力-伸び関係が既知の高分子によるゲルの構築と力学測定を仮想的に行った。次いで、得られた仮想的測定結果から、本理論を用いて1本鎖の力学特性を抽出し、元の高分子の力-伸び関係と比較した。昨年度までの理論では両者に10%程度の誤差が見られたが、理論を深化させることにより、誤差を1%程度にまで小さくすることに成功した。さらに修正した理論をこれまでの実験結果に適用することにより、従来よりも高い精度で1本鎖の力学特性を抽出できるようになった。現在、論文投稿に向けて理論科学者と頻繁にディスカッションを行っており、近日中に論文を投稿できる見込みである。
項目2:膨潤試験による1本鎖力学特性の抽出、については、ゲルに高浸透圧成分(分子ステント)を導入することで膨潤させ、膨潤度と弾性率との関係性から1本鎖の力学特性の抽出を行っている。従来は導入できる分子ステントの量に限度があったため、ゲルを極限まで膨潤させることが出来なかった。本年度、分子ステントの導入法を工夫することにより、その導入量をはるかに増加させることに成功し、従来よりも大きな膨潤度までゲルを膨潤させることに成功した。導入量を極端に増大させた場合はゲルが膨潤圧で分解したことから、本手法によりゲルをその幾何学的限界まで膨潤させることが可能になったと言える。得られた膨潤度と弾性率のデータの解析から、極限伸長時の1本鎖の力学特性が抽出されたと考えており、現在解析を進めている。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Duke University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Duke University
  • [雑誌論文] Experimental Verification of the Balance between Elastic Pressure and Ionic Osmotic Pressure of Highly Swollen Charged Gels2021

    • 著者名/発表者名
      Nakajima Tasuku、Hoshino Ken-ichi、Guo Honglei、Kurokawa Takayuki、Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      Gels

      巻: 7 ページ: 39~39

    • DOI

      10.3390/gels7020039

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Double-network gels as polyelectrolyte gels with salt-insensitive swelling properties2020

    • 著者名/発表者名
      Nakajima Tasuku、Chida Takaharu、Mito Kei、Kurokawa Takayuki、Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 16 ページ: 5487~5496

    • DOI

      10.1039/D0SM00605J

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of the constituent networks of double-network gels on their mechanical properties and energy dissipation process2020

    • 著者名/発表者名
      Nakajima Tasuku、Kurokawa Takayuki、Furukawa Hidemitsu、Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 16 ページ: 8618~8627

    • DOI

      10.1039/D0SM01057J

    • 査読あり
  • [学会発表] まるで生き物!高機能複合ゲルの世界2020

    • 著者名/発表者名
      中島 祐
    • 学会等名
      第176回東海高分子研究会講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 破断誘起ラジカル重合によって強靭化・機能化するゲル2020

    • 著者名/発表者名
      中島 祐、松田 昂大、並木 昇太郎、グン 剣萍
    • 学会等名
      第69回高分子討論会
  • [学会発表] 鎖の極限伸長がもたらす、ダブルネットワークゲルの伸長誘起「脱膨潤」挙動2020

    • 著者名/発表者名
      今岡 千歌、中島 祐、グン 剣萍
    • 学会等名
      第69回高分子討論会
  • [学会発表] 強く伸長された網目鎖を有するゲルにおける力学-膨潤カップリングの逆転2020

    • 著者名/発表者名
      中島 祐、今岡 千歌、グン 剣萍
    • 学会等名
      第68回レオロジー討論会
  • [学会発表] Extraction of polymer chain's force-extension relation from stress-strain relation of polymer network2020

    • 著者名/発表者名
      印出井 努、松田 昂大、中島 祐、高橋 由葵子、Tatiana B. Kouznetsova、Michael Rubinstein、Stephen L. Craig、グン 剣萍
    • 学会等名
      第68回レオロジー討論会

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公開日: 2022-12-28  

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