粒子間相互作用力制御に基づくコロイド粒子集団の普遍的構造制御手法の確立

基于粒子相互作用力控制的胶体粒子群通用结构控制方法的建立

• 批准号: 20J14863
• 负责人: 新井 希
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J14863/
• 关键词: コロイド粒子; 自己集積現象; コロイド結晶; 粒子間力; 原子間力顕微鏡

液中の微粒子が規則配列した集合体はコロイド結晶と呼ばれ，特異な光学特性を示すことから光学材料などへの応用が期待されている。自己集積現象は，その応用展開に向けた低コストかつ簡便な材料創製手法として注目され，様々な分散系について，また集積手法について，研究がなされている。本研究では，粒子間相互作用力こそが自己集積現象を支配する本質的な因子であるとの着想から，媒質中で粒子に働く相互作用力を定量的に評価し，それがコロイド粒子集合状態を差配するメカニズムを解明することで，集合構造の制御指針の確立を試みた。本研究では多岐にわたるコロイド自己集積系を支配的な相互作用力に基づき大別し，段階的に検討を行った。採用準備期間および採用1年目では，研究計画通り，1) 粒子間力が斥力のみの系，および2) 引力と斥力が支配的な系に着目して検討を行った。濃縮された粒子懸濁液中で，粒子どうしが斥力によって反発しあうことでコロイド結晶が形成する現象に着目し，コロイド結晶が生成する斥力の境界値を，原子間力顕微鏡（AFM）を用いて粒子間力をin-situ測定することで検討した。その結果，この値が媒質によらず一意に定まることを示し，さらに，剛体球系相転移との類似性から，この境界値を演繹的に予測するモデルを確立した。高分子溶液中でコロイド粒子間に働く枯渇引力を利用したコロイド結晶作製では，粒子間ポテンシャルの第二極小値を制御することで，粒子集合状態や形成された規則構造体のサイズが制御可能であることを実証した。さらには，結晶クラスターの「核」生成速度と再配列・成長速度はトレードオフの関係にあり，第二極小値がこれらの最適なバランスを与える条件において，規則構造形成速度は最大となることを見出した。

在液体中排列细颗粒的组件称为胶体晶体，并且由于它们具有独特的光学特性，因此预计将应用于光学材料等。自我化现象已作为其应用开发的低成本，简单的物质创造方法引起了人们的关注，并且已经对各种分散系统和积累方法进行了研究。在这项研究中，我们提出颗粒间相互作用力是控制自定位现象的重要因素，并定量评估作用在培养基中颗粒上的相互作用力，并通过阐明它将胶体粒子聚集状态分开的机制，我们试图建立控制设定结构的指南。在这项研究中，大致根据主要的相互作用力大致分裂了各种胶体自组装系统，并分阶段对其进行了检查。在招聘准备期和就业的第一年中，进行了以下重点对1）颗粒室内力的系统进行了反击，以及2）在吸引力和排斥力主导的系统中。我们关注的是，当颗粒在浓缩粒子悬浮液中排斥时相互排斥时，胶体晶体会形成，并通过原位测量使用原子力显微镜（AFM）来测量胶体晶体产生的排斥力的边界值。结果，结果表明，无论介质如何，该值都是唯一确定的，此外，建立了一个模型，以从其相似性到刚性球的相变。在使用聚合物溶液中胶体颗粒之间的耗竭吸引力的胶体晶体的产生中，我们证明，通过控制颗粒内电势的第二个最小值，粒子组装状态和形成的有序结构的大小可以控制。此外，我们发现核形成和重排和结晶簇的生长的速率是一种权衡关系，并且有序结构形成的速率在第二个最小值提供最佳平衡的条件下是最大的。

项目成果

枯渇引力誘起型コロイド自己集積現象における構造形成過程の検討

耗尽吸引力诱导胶体自组装现象中结构形成过程的研究

• 发表时间: 2021
• 期刊: Colloid & Interface Communication
• 作者: Tatsuki Mochizuki;Yoshiharu Deguchi;et al.;新井 希，渡邉 哲，宮原 稔
• 通讯作者: 新井 希，渡邉 哲，宮原 稔

枯渇引力誘起型コロイド自己集積現象における構造形成機構の解明

阐明耗尽吸引力诱导的胶体自组装现象的结构形成机制

• 发表时间: 2020
• 作者: Yoshizawa;Asuna;田熊敬之;新井 希，渡邉 哲，宮原 稔
• 通讯作者: 新井 希，渡邉 哲，宮原 稔