光子相関解析によるソフトマターダイナミクス

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Creation of non-equilibrium soft matter physics: Structure and dynamics of mesoscopic systems
• Project/Area Number: 18068004
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 柴山 充弘 The University of Tokyo, 物性研究所, 教授 (00175390)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 耕三 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (00232439) ; 遠藤 仁 東京大学, 物性研究所, 助教 (40447313)
• Keywords: ソフトマター / ダイナミクス / 動的光散乱 / 小角中性子散乱 / Tetra-PEGゲル / 環動ゲル / ナノコンポジットゲル / 中性子スピンエコー法

Research Abstract

3種の高性能高分子ゲル、(1)4腕高分子鎖からなる高分子ゲル(Tetra-PEG)、(2)ポリロタキサン、および(3)ナノコンポジットゲル、の構造とダイナミクスについて小角中性子散乱、中性子スピンエコー法、動的・静的光散乱法を用いて研究し、構造の決定と変形メカニズムの解明を行った。(1)Tetra-PEGの構造と物性4つの枝ポリマーをもつテトラポリエチレングリコール(Tetra-PEG)からなるモデル高分子網目を調製し、その構造を小角中性子散乱,および光散乱により解析したところ、従来にない均一なゲル構造が観測され、膨潤によっても不均一性の発現はみられず、調製時の濃度に依存しないこと、分子量でスケールされる膨潤構造が得られることなどの興味ある知見が得られた。また、異なる分子量から調製したゲルの散乱関数に換算則が成立し、自己相似的構造であることが確認された。(2)分子ネックレスとして知られるポリロタキサンのダイナミクスをコントラストバリエーション・中性子スピンエコー法により研究した。環状分子であるシクロデキストリンが包接されることにより、軸分子のポリエチレングリコールのダイナミクスが遅くなることを観測した。この現象を包接による軸高分子の硬化で説明することができた。(3)コントラスト変調中性子散乱法を初めて異方性散乱パターンの解析に応用し、ナノコンポジットゲルの変形機構の研究を行った。クレイおよび高分子鎖のそれぞれの部分散乱関数に加え、それらの交差項の部分散乱関数を評価した。その結果、延伸に伴って、クレイの配向、高分子の配向・延伸挙動が起こるだけでなく、クレイ表面に吸着した高分子鎖の剥離がナノコンポジットゲルの変形挙動に重要な役割をしていることが分かった。

Research Products

• [Journal Article] Interaction of Nanogel with Cyclodextrin or Protein : Study by Dynamic Light Scattering and Small-angle Neutron Scattering (2009)
  • Author(s): Inomoto, N, Osaka, N, Suzuki, T, Hasegawa, U, Ozawa, Y, Endo, H, Akiyoshi K, Shibayama M.
  • Journal Title: Polymer 50 Pages: 541-546
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure characterization of Tetra-PEG Gel by Small-angle Neutron Scattering (2009)
  • Author(s): Matsunaga, T, Sakai, T, Akagi, Y, Chung, U, Shibayama, M.
  • Journal Title: Macromolecules 42 Pages: 1344-1351
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vulcanization : New Focus on a Traditional Technology by Small-Angle Neutron Scattering (2009)
  • Author(s): Ikeda, Y, Higashitani, N, Hijikata, K, Kokubo, Y, Morita, Y, Shiabayama M, Osaka N, Suzuki
  • Journal Title: Macromolecules 42 Pages: 2741-2748
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure Investigation of Super-Tough Polymer Gels by Small-Angle Neutron Scattering (2009)
  • Author(s): Shibayama, M.
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. 78 Pages: 041008-1-0410
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] [NCO]/[OH]and acryl-polyol concentration dependence of the gelation process and the microstructure analysis of polyurethane resin by dynamic light scattering (2009)
  • Author(s): Suzuki, T, Shibayama, M, Hatano, K, Ishii, M.
  • Journal Title: Polymer 50 Pages: 2503-2509
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamics of polyrotaxane investigated by neutron spin echo (2009)
  • Author(s): Mayumi, K, Nagao, M, Endo, H, Osaka, N, Shibayama, M, Ito, K.
  • Journal Title: Physica B 404 Pages: 2600-2602
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualization of Phospholipid Particle Fusion Induced by Duramycin (2009)
  • Author(s): Matsunaga, S, Matsunaga, T, Iwamoto, K, Yamada, T, Shibayama M, Kawai M.
  • Journal Title: Langmuir 25 Pages: 8200-8207
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamics and Microstructure Analysis of N-isopropylacrylamide/Silica Hybrid Gel (2009)
  • Author(s): Suzuki, T, Endo, H, Osaka, N, Shibayama, M.
  • Journal Title: Langmuir 25 Pages: 8824-8832
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microwave Dielectric Study of Oligomeric Electrolyte Gelator by Time Domain Reflectometry (2009)
  • Author(s): Kundu, S.K., Yagihara, S., Yoshida, M., Shibayama, M.
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry B 113 Pages: 10112-10116
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of Incoherent Scattering Intensity by Transmission and Sample Thickness (2009)
  • Author(s): Shibayama, M., Matsunaga, T., Nagao, M.
  • Journal Title: J.Appl.Crystallogr. 42 Pages: 621-628
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SANS and SLS Studies on Tetra-Arm PEG Gels in As-prepared and Swollen States (2009)
  • Author(s): Matsunaga, T, Sakai, T, Akagi, Y, Chung, U, Shibayama, M.
  • Journal Title: Macromolecules 42 Pages: 6245-6252
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanically Interlocked Structure of Polyrotaxane Investigated by Contrast Variation Small Angle Neutron Scattering (2009)
  • Author(s): Mayumi, K, Endo, H, Nagao, M, Osaka, N, Yokoyama, H, Shibayama M, Ito K
  • Journal Title: Macromolecules 42 Pages: 6327-6329
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microphase Separation in Nanocomposite Gels (2009)
  • Author(s): Osaka, N, Endo, H, Nishida, T, TSuzuki, T, Li, H-J, Haraguchi, K, Shibayama M
  • Journal Title: Phys.Rev.E.Rapid Commun. 79 Pages: 060801-1-0608
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Studies on Deformation Mechanism of Nanocomposite Gels by Contrast Variation Small-Angle Neutron Scattering (2009)
  • Author(s): Nishida, T, Endo, H, Osaka, N, Li, H-J, Haraguchi, K, Shibayama, M.
  • Journal Title: Phys.Rev.E 80 Pages: 030801-1-0308
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quasi-Elastic Neutron Scattering Study on Water and Polymer Dynamics in Thermo/Pressure Sensitive Polymer Solutions (2009)
  • Author(s): Osaka, N, Shibayama, M, Kikukchi, T, Yamamuro, O.
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B 113 Pages: 12870-12876
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Small-angle Neutron Scattering Studies on Super-Tough Polymer Gels Consisting of Tetra-arm PEG (2009)
  • Author(s): Shibayama, M.
  • Organizer: GelSympo 2009, Kansai Univ.
  • Place of Presentation: Osaka, Japan
  • Year and Date: 20091202-20091204
• [Presentation] Kinetics, structure, and dynamics of multi-arm poly(ethylene glycol)gels (2009)
  • Author(s): Shibayama, M.
  • Organizer: Trends and Perspectives in Neutron Scattering on Soft Matter, the Julich Center of Neutron Science
  • Place of Presentation: Tutzing, Germany
  • Year and Date: 20091006-20091010
• [Presentation] Nanostructural Characterization of High-strength Tetra-arm PEG Gels-Toward Realization of Ideal Polymer Network- (2009)
  • Author(s): Shibayama, M.
  • Organizer: XIV International Conference on Small-Angle Scattering(SAS2009)
  • Place of Presentation: Oxford, UK
  • Year and Date: 20090913-20090918
• [Presentation] Nanostructural Characterization of High-strength Tetra-arm PEG Gels (2009)
  • Author(s): Shibayama, M.
  • Organizer: European Polymer Congress(EPF 09)
  • Place of Presentation: Graz, Austria
  • Year and Date: 20090711-20090719
• [Book] Neutrons in Soft Matter (2010)
  • Author(s): Shibayama, M.
  • Publisher: John Wiley & Sons(in press)
• [Remarks]
  • URL: http://shibayama.issp.u-tokyo.ac.jp/mitsu/