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2019 年度 実績報告書

負のポアソン比を有する生体模倣多階層高分子物質の物性発現メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 17K14838
研究機関一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発

研究代表者

富永 大輝  一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 研究員 (50513694)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード高分子科学 / ソフトマター / 水 / 階層構造 / 粘弾性測定 / 負のポアソン比
研究実績の概要

Polyacrylamideとpoly(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid sodium salt)で構成されるDouble-Network polymers(多孔質高分子試料)は3段階の階層構造をもつ特異的な構造を有している。これに起因して特異的な機械強度物性を示す。5wt%程度の水を含む試料は、絶乾試料よりも弾性率、最大破断応力ともに大となり、負のポアソン比を示す。ソフトマターの重要な特徴の1つは、水の存在によって物性が大きく影響することであるが、本試料は階層構造と水の機械強度への相関を解明するのに適したモデル物質である。
幅広い温湿度雰囲気下におけるマクロ粘弾性物性評価により、温度上昇にともに、このDN-polymersのゲル化に必要な含水量が増加することが明らかになった。また、室温におけるin-situ準弾性中性子散乱測定により、第1の階層である約10nm以下の網目構造を形成する高分子鎖のダイナミクスは水蒸気の増加に大して変化しない一方で、水のダイナミクスは水の量に対し大きく変化した。湿度30%付近では、水分子同士が水素結合などにより固定化していることが判った。導入した水の約9割以上は長い緩和時間を持った吸着水が系内にあるが、湿度30%よりも高い、あるいは低い湿度では、1割程度は動くがその運動様式は同じではない。低湿度下では、局所的に振動回転などをしているが、高湿度化では、水分子がジャンプ拡散運動しているなど水の運動様式の詳細が判った。
粘弾性測定と中性子散乱測定で得られた実験結果をもとに、DN-polymersの物性解明を行うことにより、DN-polymersの第1の階層がこのDN-polymersの物性に重要な階層構造であり、この構造は、温湿度に対して応答して、特異的なマクロ物性を引き起こすことが明らかとなった。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019 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 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] ANSTO(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      ANSTO
  • [雑誌論文] Water dynamics of double-network polymers in a primally hierarchical structure2020

    • 著者名/発表者名
      Taiki Tominaga, Takeshi Yamada
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: - ページ: -

    • DOI

      -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quartz Cell for a Backscattering Spectrometer2020

    • 著者名/発表者名
      Taiki Tominaga, Yukinobu Kawakita, Hiroshi Nakagawa, Takeshi Yamada, Kaoru Shibata
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: - ページ: -

    • DOI

      -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Position dependency of the scattered intensity in the time-of-flight backscattering spectrometer DNA2020

    • 著者名/発表者名
      Masato Matsuura, Takeshi Yamada, Taiki Tominaga, Makoto Kobayashi, Hiroshi Nakagawa, Yukinobu Kawakita
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: - ページ: -

    • DOI

      -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 小角 X 線散乱法による DN-polymers の構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      富永大輝、井上倫太郎、佐藤信浩、杉山正明
    • 学会等名
      第 54 回京都大学複合原子力科学研究所学術講演会
  • [学会発表] 中性子準弾性散乱用アルミニウムセルの腐食試験2019

    • 著者名/発表者名
      佐原雅恵, 富永大輝
    • 学会等名
      第10回MLFシンポジウム
  • [学会発表] 中性子準弾性散乱と分子動力学計算によるNafion膜と芳香族系電解質膜の研究2019

    • 著者名/発表者名
      富安啓輔、池庄司民夫、茂木昌都、松本匡史、今井英人、富永大輝、三宅純平、宮武健治、犬飼潤治
    • 学会等名
      第60回電池討論会
  • [学会発表] Quartz Cell for Backscattering Spectrometer2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kawakita, T. Tominaga, H. Nakagawa, T. Yamada, K. Shibata
    • 学会等名
      J-PARC symposium 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Water dynamics of double network polymers in a primally hierarchical structure2019

    • 著者名/発表者名
      T. Tominaga, T. Yamada
    • 学会等名
      J-PARC symposium 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Corrosion effect of aluminum-based containers for neutron studies with aqueous samples under low temperature2019

    • 著者名/発表者名
      T. Tominaga, M. Sahara, Y. Kawakita, H. Nakagawa
    • 学会等名
      J-PARC symposium 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Position Encoded Automatic Cell Elevator for BL02, J-PARC MLF2019

    • 著者名/発表者名
      T. Tominaga, M. Kobayashi, T. Yamada, M. Matsuura, Y. Kawakita, S. Kasai
    • 学会等名
      J-PARC symposium 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamics of double-network polymers in a primally hierarchical structure2019

    • 著者名/発表者名
      Taiki Tominaga, Takeshi Yamada
    • 学会等名
      The 3rd Asia-Oceania Conference on Neutron Scattering 2019
    • 国際学会
  • [備考] Researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/t_tominaga

  • [備考] MLF 高分子階層構造研究グループ

    • URL

      https://mlfinfo.jp/st/high_polymer/

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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