精密設計されたポリマーブラシに基づく刺激応答材料

基于精密工程聚合物刷的刺激响应材料

• 批准号: 12F02342
• 负责人: 相田 卓三
• 金额: $ 1.47万
• 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: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12F02342/
• 关键词: ヒドロゲル; 刺激応答材料; 酸性アルカリ性; 異方性; 酸化チタン; ナノシート; 磁場配向; 応力; 酸化ニオブ; 自己非自己認識; pH; 体積変化

本研究では、ナノシートやポリマーブラシなど、構造明確な一次元・二次元ナノオブジェクトを異方的に集積することにより、光・温度・pH・基質などの外部刺激に応答してマクロスコピックな物性をスイッチするシステムの開発を目指している。具体的な構成ユニットとして、チタン層状酸化物の単結晶を層 1 枚にまで剥離・水中分散した、「酸化チタンナノシート」に着目した。ナノシートの水分散液にアクリルモノマーを共存させ、外部磁場を印加した状態でラジカル重合反応によるヒドロゲル形成を行ったところ、磁場によりナノシートの向きが一義的に制御される結果、光学的・機械的性質に著しい異方性をもつヒドロゲルが得られる。昨年度までの知見として、アクリルモノマーとして、代表的水溶性モノマーであるN,N-ジメチルアクリルアミドに加え、pH応答ユニットを持つジメチルアミノプロピルアクリルアミドを用いると、系のpHに応答してナノシートの垂直方向に選択的に膨潤・収縮するヒドロゲルアクチュエータが得られることが分かっている（酸性条件では塩基性条件の4～5倍伸長）。今年度、このアクチュエータのさらなる構造解析と、実用を見据えた応用研究を行った。ヒドロゲルの膨潤時・収縮時のナノシート面間隔を小角X線散乱により追跡したところ、ヒドロゲルのマクロ形状の変形に対応して面間隔も増減することが明らかとなった。加えて、ヒドロゲル膨潤時に発生する応力を、磁場配向したナノシートを内包するヒドロゲル、ランダム配向したナノシートを内包するヒドロゲル、それぞれについて測定した。その結果、磁場配向したナノシートを内包するヒドロゲルは、ナノシートの垂直方向に特異的に高い応力を発生しており、その値はランダム配向したナノシートを内応するヒドロゲルのそれに比べ、10倍以上高いことが明らかとなった。

This study で は, ナ ノ シ ー ト や ポ リ マ ー ブ ラ シ な ど, structure clear な one yuan, two yuan ナ ノ オ ブ ジ ェ ク ト を different party に set product す る こ と に よ り, light, temperature, pH, substrate な ど の external stimuli に 応 answer し て マ ク ロ ス コ ピ ッ ク な property を ス イ ッ チ す る シ ス テ ム の open 発 を refers し て い る. Specific な constitute ユ ニ ッ ト と し て, チ タ ン layer acidification content の 単 crystallization を layer 1 に ま で peel, water dispersed し た, "acidification チ タ ン ナ ノ シ ー ト" に with mesh し た. ナ ノ シ ー ト の water dispersion に ア ク リ ル モ ノ マ ー を coexistence さ せ, external magnetic field を Inca し た state で ラ ジ カ ル overlap reverse 応 に よ る ヒ ド ロ ゲ ル line form を っ た と こ ろ, magnetic field に よ り ナ ノ シ ー ト の to き が a righteous に suppression さ れ る results, and the properties of optical, mechanical に し い square difference を も つ ヒ ド ロ ゲ ル が must ら れ る. Yesterday's annual ま で の knowledge と し て, ア ク リ ル モ ノ マ ー と し て, on behalf of water-soluble モ ノ マ ー で あ る N, N - ジ メ チ ル ア ク リ ル ア ミ ド に え, pH 応 answer ユ ニ ッ ト を hold つ ジ メ チ ル ア ミ ノ プ ロ ピ ル ア ク リ ル ア ミ ド を with い る と, の pH に 応 answer し て ナ ノ シ ー ト の vertical に sentaku に of swelling 収 shrinkage す る ヒ ド ロ ゲ ル ア ク チ ュ エ ー タ が have ら れ る こ と が points か っ て い る (acidic conditions で は salt basic conditions の 4 ~ 5 times elongation). This year, こ の ア ク チ ュ エ ー タ の さ ら な る structure と, be を see according to え た 応 line with research を っ た. ヒ ド ロ ゲ ル の swelling when · 収 shrinkage when の ナ ノ シ ー ト surface interval を small Angle X ray scattered に よ り tracing し た と こ ろ, ヒ ド ロ ゲ ル の マ ク ロ shape の - shaped に 応 seaborne し て も raised surface interval minus す る こ と が Ming ら か と な っ た. Add え て, ヒ ド ロ ゲ ル when swelling に 発 raw す る を 応 force, magnetic field distribution to し た ナ ノ シ ー ト を insourcing す る ヒ ド ロ ゲ ル, ラ ン ダ ム match to し た ナ ノ シ ー ト を insourcing す る ヒ ド ロ ゲ ル, そ れ ぞ れ に つ い て determination し た. そ の results, magnetic field distribution to し た ナ ノ シ ー ト を insourcing す る ヒ ド ロ ゲ ル は, ナ ノ シ ー ト の vertical に high specific に い 応 force を 発 raw し て お り, そ の numerical は ラ ン ダ ム match to し た ナ ノ シ ー ト を within 応 す る ヒ ド ロ ゲ ル の そ れ に higher than べ, more than 10 times い こ と が Ming ら か と な っ た.