| 研究課題/領域番号 |
18K03571
|
|---|
| 研究機関 | 同志社大学 |
|---|
研究代表者 |
貞包 浩一朗 同志社大学, 生命医科学部, 准教授 (50585148)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| キーワード | 臨界現象 / 相分離 / 相転移 / 自己組織化 / ソフトマター / 溶媒和 / 液体 / 中性子散乱 |
|---|
| 研究実績の概要 |
水と低分子の有機溶媒からなる混合溶液系では、臨界点近傍で3次元Ising臨界普遍性（3次元の流体が、短距離相互作用のバランスに起因する相分離現象で観測される臨界挙動）を示すことが知られている。ところが、研究代表者らは、このような溶液に拮抗的な塩（親水性イオンと疎水性イオンからなる塩）を添加すると、3次元Ising臨界普遍性から2次元Ising臨界普遍性へと変化することをこれまでに見つけている。2018年度、研究代表者らは、3次元の流体が何故2次元Ising臨界普遍性を示すのかを明らかにするために、小角～広角中性子散乱を用いて、「水」「有機溶媒」「イオン」間の結合状態を詳しく調べた。その結果、予想に反し、分子が1nm以下の空間スケールでは、3次元Isingと2次元Isingの状態とで、分子の分布状態に明確な違いを見ることができなかった。このことから、2次元Ising臨界普遍性が現れる要因は、分子レベルの細かなスケールの相互作用にはあまり関係していないことが示唆された。現在、拮抗的な塩の添加による分子間相互作用の影響について、更にNMRも用いて引き続き検証を進めている。
また、小角～広角中性子散乱実験では、イオン液体を含む溶液の臨界普遍性についても調べた。その中で、イオン液体であるC8mimTFSAと有機溶媒である1,4-dioxaneの混合溶液では、1,4-dioxaneのモル分率が98%のときは3次元Ising臨界普遍性を示すのに対し、モル分率が97%以下もしくは99%以上の条件では、平均場（長距離相互作用のバランスに起因する相分離現象で観測される臨界挙動）に近い振る舞いをすることが分かった。このように、わずかな組成比の違いで臨界普遍性に違いが見える、という通常の有機溶媒水溶液にはない奇妙な結果を得ることができた。2019年度は、引き続き、NMRを用いてこの系の実験も進める。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
中性子散乱実験から、2次元Ising臨界普遍性の要因を分子スケールから明らかにする予定であったが、上記の通り、実験結果は「拮抗的な塩」による特徴的な変化を示さなかった。そのため、NMRなど別の実験をより詳しく行う必要が生じている。また、C8mimTFSA/1,4-dioxaneなど、イオン液体を含む溶液の臨界現象で、低分子の溶液では見られていなかった「平均場的な振る舞い」を示すことも分かったため、溶液の臨界挙動を決定づけるメカニズムは、予想以上に複雑であることも示唆されている。今後は、C8mimTFSA以外のイオン液体に対しても実験を行い、一般性を確認する必要がある。以上により、計画通りに研究目的を完全に達成することができていないため、やや遅れている。
|
| 今後の研究の推進方策 |
水/3-メチルピリジン/拮抗的な塩の混合溶液の臨界挙動が、3次元Isingから2次元Isingへと変化するメカニズムについて、小角～広角中性子散乱では明らかにすることができなかったため、NMRなど別の手法を用いて引き続き分子間相互作用に着目した研究を行う。加えて、SPring-8などのX線回折装置を用いても、分子間相互作用の実験を行う予定である。2次元Ising臨界挙動は、これまで水/3-メチルピリジン/NaBPh4、水/3-メチルピリジン/イオン性界面活性剤系で観測されているが、他にどのような溶液で生じるのかも検証し、一般性を明らかにする。
また、イオン液体を含む混合溶液の臨界挙動どのような要因で3次元Isingや平均場になるのかも明らかにする。
以上により、これまで深く研究がなされてこなかった複雑流体の臨界挙動について理解を掘り下げたい。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
中性子散乱の実験のために「試料セル」の購入を予定していたが、2018年度は共同研究者から借りて実験を行ったため、購入しなかった。2018年度の実験で借りた試料セルで問題無く測定を行うことができたため、2019年度はこれと同じものを購入して、更に実験を行う。
|
