ゴム状高分子ゲルにおける負のエネルギー弾性の系統的理解

系统理解橡胶聚合物凝胶的负能量弹性

• 批准号: 21J13478
• 负责人: 吉川 祐紀
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J13478/
• 关键词: 高分子ゲル; 線形弾性; エネルギー弾性; エントロピー弾性; 熱力学

高分子ゲルやゴムの弾性は、熱力学第二法則 (エントロピー増大の法則) に基づくエントロピー弾性でおおむね説明できるということが、100 年近く信じられてきた。しかし、申請者らの4分岐網目を持つ高分子ゲル (テトラゲル) を用いた最近の研究により、その定説が高分子ゲルについては間違いであり、「負のエネルギー弾性」が存在することを発見した。本研究では、負のエネルギー弾性が様々な高分子ゲルにおいて普遍的に存在するのか、また、どのようなメカニズムによって発現するのか、について明らかにすることを目指す。2021年度は、負のエネルギー弾性の存在を前提として、過去の高分子ゲル弾性の研究の再検証を行った。その結果、先行研究間に存在していた矛盾が、負のエネルギー弾性を考慮することにより解消されることを明らかにした。本成果は国際科学雑誌に掲載された。また、負のエネルギー弾性の普遍性についても調査を行った。具体的には、申請者らの先行研究ではテトラゲルを用いたが、新たに3分岐網目を持つ高分子ゲル (トリゲル) を用いて実験を行った。様々な網目構造を持つトリゲルのせん断弾性率の温度依存性を測定することにより、せん断弾性率に対する内部エネルギーとエントロピーの寄与を分離した。その結果、トリゲルにおける内部エネルギーの寄与は全て負であり、テトラゲルと同様に負のエネルギー弾性を持つことが明らかになった。さらに、この負のエネルギー弾性と網目構造の関係は、テトラゲルと同様であることも明らかにした。本成果については、学会発表を行い、第33回高分子ゲル研究討論会では最優秀演題賞を受賞した。以上の成果は、高分子ゲル弾性の本質的理解に大きく貢献することが期待される。

The second law of thermodynamics (the law of increasing the size of a polymer) describes the basic properties of polymers in the past 100 years. The applicant's 4-point mesh has been used in polymer research. Recent research has shown that there is a negative biological property in polymer research. This study is aimed at indicating the existence and development of negative and negative polymer properties. In 2021, the premise for the existence of negative polymer properties and the re-examination of past polymer properties were carried out. There are contradictions between the results and the previous research, and the negative results are considered. This work was published in the International Journal of Science. The investigation was carried out on the universality of negative and negative factors. The specific purpose of this study is to provide the applicant with the best possible solution to the problem. The temperature dependence of the mesh structure is determined by the temperature dependence of the mesh structure. The result of this is that there is a negative relationship between the internal and external factors, and there is a negative relationship between the internal and external factors. The relationship between the negative and the mesh structure is different. The 33rd Polymer Research Seminar was awarded for its outstanding performance. The above results are expected to contribute greatly to the understanding of the nature of polymers.

项目成果

負のエネルギー弾性の観点から見た高分子ゲルの線形弾性

从负能量弹性角度看聚合物凝胶的线弹性

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakagawa Ryo;吉川祐紀
• 通讯作者: 吉川祐紀

Linear elasticity of polymer gels in terms of negative energy elasticity

• DOI: 10.1038/s41428-021-00529-4
• 发表时间: 2021-03
• 期刊: Polymer Journal
• 影响因子: 2.8
• 作者: N. Sakumichi;Yuki Yoshikawa;T. Sakai

Negative Energy Elasticity in a Rubberlike Gel

• DOI: 10.1103/physrevx.11.011045
• 发表时间: 2021-03-05
• 期刊: PHYSICAL REVIEW X
• 影响因子: 12.5
• 作者: Yoshikawa, Yuki;Sakumichi, Naoyuki;Sakai, Takamasa
• 通讯作者: Sakai, Takamasa

Temperature Dependence of Polymer Network Diffusion

• DOI: 10.1103/physrevlett.127.237801
• 发表时间: 2021-11-30
• 期刊: PHYSICAL REVIEW LETTERS
• 影响因子: 8.6
• 作者: Fujiyabu, Takeshi;Sakai, Takamasa;Sakumichi, Naoyuki
• 通讯作者: Sakumichi, Naoyuki

乾燥ワカメのようにゲルが吸水して膨らむ速度の法則を解明

阐明凝胶像干海藻一样吸水膨胀的速度规律