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ゲル弾性論の構築：負のエネルギー弾性とネットワークトポロジーの寄与の解明

凝胶弹性理论的构建：阐明负能量弹性和网络拓扑的贡献

基本信息

批准号：
22H01187
负责人：
作道直幸
金额：
$ 10.57万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、高分子ゲル（例えば、ゼリー、ソフトコンタクトレンズ）の弾性率をミクロな高分子網目構造から決める物理法則を明らかにすることである。今年度は、以下の研究を行った。(1) 溶媒が水のハイドロゲルを用いて、高分子網目構造、特にそのトポロジーの影響を調査した。均一な網目構造を持つ、架橋点が三分岐のゲルと四分岐のゲルを比較し、網目トポロジーが弾性に与える影響を明らかにした。次に、均一なゲルで得られた結果を一般化することで、主鎖や溶媒の種類に依らない普遍的性質に関する検証可能な仮説を設定した。この仮説をフリーラジカル重合によって合成した不均一な網目構造を持つゲルで検証した。不均一な網目構造を持つゲルにおいても、高分子濃度と架橋剤濃度の変調により様々な網目構造を持つサンプルを調査した。(2) 負のエネルギー弾性の溶媒依存性を調べるために、イオン液体と水をそれぞれ溶媒とするイオンゲルとハイドロゲルを比較した。その結果、エントロピー弾性については溶媒に依らず網目構造で決まり、負のエネルギー弾性は溶媒に依存するという結果を得た。(3) 格子模型（相互作用する自己排除ウォーク）の検討により、負のエネルギー弾性の分子論的な起源を調査した。ゲルの網目を構成する1本の高分子鎖に注目し、数学的な理論解析により、負のエネルギー弾性はひもと溶媒の引力相互作用に由来することを明らかになった。この結果は、負のエネルギー弾性が特定のゲルに限られた性質ではなく、ゲルが一般的に持つ普遍的な性質であることを示している。本成果は、Physical Review Letters誌から原著論文を出版した。プレスリリースを実施し、新聞紙上報道などで広く紹介された。(4) 高分子ゲルおよび星形高分子溶液の浸透圧の物理法則を明らかにした。それらの成果を2本の原著論文として著名な国際誌に投稿し、プレプリントを公開した。

The purpose of this study is to clarify the physical laws governing the determination of polymer mesh structure and the properties of polymers. This year, the following research was conducted. (1)The influence of solvent on the structure and properties of polymer mesh was investigated. Homogeneous mesh structure, bridging points, trifurcation, quadrants, etc. Second, uniform results are obtained. Second, the main lock and the type of solvent depend on the general nature of the test. This paper describes the structure of the heterogeneous mesh structure of the composite structure. Investigation on the variation of the concentration of polymer and bridging agent in the heterogeneous mesh structure (2)The solvent dependence of the negative solvent is different. The results of this study are as follows: 1. The results of this study are as follows: 1. The results of this study are as follows: (3)During the discussion of the lattice model (interaction and self-exclusion), the molecular origin of negative entropy was investigated. The structure of the mesh is based on the theoretical analysis of the molecular structure and the mechanism of gravitational interaction. The result is that the negative and negative nature of the product is different from the specific and limited nature of the product, and the general and universal nature of the product is different from the negative and limited nature of the product. This work is published in Physical Review Letters. The press release was published in the newspaper. (4)The physical laws governing the permeation pressure of polymer solutions are clearly defined. The results of the two original papers were published in the International Journal.