Construction of colloidal crystals with simple cubic lattice by precisely designed polymer-brush-decorated hybrid particles

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本研究は、我々が独自に開発したポリマーブラシ付与複合微粒子の合成技術を駆使して、単純立方格子型コロイド結晶構築法を開発することである。本年度は、先ず、表面開始リビングラジカル重合によりローダミンおよびNBDにより蛍光標識したシリカ微粒子表面にカチオンおよびアニオンに帯電したポリマーブラシをグラフトすることにより複合微粒子を調製した。この際、グラフトポリマー鎖の分子量、モノマー組成を変えることにより、複合微粒子の構造パラメータを制御した。熱重量分析により高密度グラフト化を確認し、光散乱法および各種顕微鏡により複合微粒子の高い分散性を確認した。また、今年度から荷電ポリマーブラシを異方性粒子にグラフトすることに取り組み、各種のナノシートを表面修飾することに成功した。前年度に荷電ポリマーブラシ付与複合微粒子が、極めて大きな粒子間距離を有するコロイド結晶を形成することを明らかにした。この現象をさらに詳細に検討した結果、コロイド結晶化は、溶媒の誘電率、溶媒の塩濃度、粒子表面の電荷密度に大きく依存することを明らかにした。さらに、誘電率が10程度の極度に脱塩した溶媒中においては、10ミクロン程度の粒子間距離を有するコロイド結晶を作成できることが分かった。カチオンおよびアニオンに帯電した2種類の微粒子を混合することにより、二成分系コロイド結晶を構築する技術をほぼ確立することができた。この結晶化は、溶媒の塩濃度および誘電率に大きく影響されることを明らかにした。