高靭性ダブルネットワークゲルの変形・破壊メカニズムの解明

阐明高韧性双网络凝胶的变形和断裂机制

• 批准号: 15F15348
• 负责人: グン 剣萍
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-11-09 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F15348/
• 关键词: ゲル; 小角散乱; 放射光; ダブルネットワーク; イオン結合; 異方性

本研究は、強靭なダブルネットワーク(DN)ゲル、およびその強靭化原理を応用して創製された各種強靭ゲル（例えばイオン結合からなるポリアンフォライト(PA)ゲル）の強靭化メカニズムを解明することを目的としており、本年度は以下の研究を行った。a) PAゲル、DNゲルに対する放射光小角X線散乱と延伸の同時測定と、力学物性との相関解明PAゲルとDNゲルの延伸時の構造変化を、超小角X線散乱測定によって測定した。以下、PAゲルの結果について示す。まずPAゲルの静的な構造について検討したところ、純粋にイオン結合からなるPA物理ゲルは明確な相分離構造を有し、化学架橋剤を加えて作成したPA化学ゲルは比較的均一な構造であることが分かった。また相分離構造の特徴的な長さは組成や化学種により100-1000nmスケールであることが示唆された。次いでPA物理ゲルについて延伸とX線散乱の同時測定を行ったところ、延伸が小さいときはアフィン変形が成り立つが、延伸が大きくなるとゲルのマクロな変形と相分離構造のミクロな変形が一致しなくなることが分かった。これは、相分離中の密な部分が変形に伴って部分的に破壊、あるいは降伏したものと考えられる。b) PAゲルに対するクリープ試験材料のクリープ挙動は、負荷がかかった材料の寿命と関連している。本年は組成の異なるPAゲルに対してクリープ試験を行った。PAゲルの破断に要する時間は、印加応力の増大に伴って指数関数的に減少した。このことは、PAゲルのクリープ破壊はその外力によって支配されるプロセスであることを示唆している。また、応力と破断時間との関係は、PA物理ゲルとPA化学ゲルによって異なっていた（物理ゲルは二重指数関数型、化学ゲルは単一指数関数型）。これはX線散乱測定によって明らかとなった両者の構造の違いに対応しているものと考えられ、今後の解析によって明らかにしていく。

This study は, strong 靭 な ダ ブ ル ネ ッ ト ワ ー ク (DN) ゲ ル, お よ び そ の strong 靭 principle を 応 with し て created さ れ た various strong 靭 ゲ ル (example え ば イ オ ン combining か ら な る ポ リ ア ン フ ォ ラ イ ト (PA) ゲ ル) の strong 靭 メ カ ニ ズ ム を interpret す る こ と を purpose と し て お り line, below this year's は の を っ た. A) PA ゲ ル, DN ゲ ル に す seaborne る small Angle X-ray radiation light scattered と extension の simultaneous determination と, mechanics property と の phase masato interpret PA ゲ ル と DN ゲ ル の の structure - を, in the determination of ultra small Angle X ray scattered に よ っ て determination し た. The following, PAゲ ゲ ゲ <s:1> <s:1> <s:1> results に ゲ て て て show す. ま ず PA ゲ ル の static な structure に つ い て beg し 検 た と こ ろ, pure 粋 に イ オ ン combining か ら な る PA physical ゲ ル は clear な phase separation structure を し, chemical bridging tonic を plus え て made し た PA chemical ゲ ル は more uniform な structure で あ る こ と が points か っ た. ま た separate tectonic の 徴 な long さ は form や chemical に よ り 100-1000 nm ス ケ ー ル で あ る こ と が in stopping さ れ た. Time い で PA physical ゲ ル に つ い て extension と X-ray scattered の simultaneous determination を line っ た と こ ろ, small extension が さ い と き は ア フ ィ ン - shaped が made into り つ が, large extended が き く な る と ゲ ル の マ ク ロ な - shaped と phase separation structure の ミ ク ロ な - shaped が consistent し な く な る こ と が points か っ た. こ れ は, phase separation in が の dense な parts - shaped に with っ て part of に 壊, あ る い は subjugate し た も の と exam え ら れ る. B) PA ゲ ル に す seaborne る ク リ ー プ test material の ク リ ー プ 挙 は, load が か か っ の た material life と masato even し て い る. This year, the <s:1> composition is different from なるPAゲ に に に to <s:1> て リ リ プ プ to プ conduct った. The breaking of PAゲ and に requires する time <e:1> and an increase in Inca 応 force <e:1> with に and a decrease in the に index of って. こ の こ と は, PA ゲ ル の ク リ ー プ broken 壊 は そ の force に よ っ て dominate さ れ る プ ロ セ ス で あ る こ と を in stopping し て い る. ま た, 応 と breaking time と の masato は, PA physical ゲ ル と PA chemical ゲ ル に よ っ て different な っ て い た (physical ゲ ル は type double index number of masato, chemical ゲ ル は 単 index masato type). こ れ は X-ray scattered determination に よ っ て Ming ら か と な っ た struck is の tectonic の violations い に 応 seaborne し て い る も の と exam え ら れ, future の analytic に よ っ て Ming ら か に し て い く.

项目成果

Stretching-induced ion complexation in physical polyampholyte hydrogels

• DOI: 10.1039/c6sm01833e
• 发表时间: 2016-01-01
• 期刊: SOFT MATTER
• 影响因子: 3.4
• 作者: Cui, Kunpeng;Sun, Tao Lin;Gong, Jian Ping
• 通讯作者: Gong, Jian Ping

Toughening Mechanism of Polyampholytes Hydrogels

聚两性电解质水凝胶的增韧机理

• 发表时间: 2017
• 作者: Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Takayuki Kurokawa;Tasuku Nakajima;Takayuki Nonoyama;Liang Chen;Jian Ping Gong;Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Liang Chen;Kunpeng Cui
• 通讯作者: Kunpeng Cui

Structure Transition in Triblock Copolymer Gels: the Effect of Chain Architecture and Concentration on Mechanical Properties

三嵌段共聚物凝胶中的结构转变：链结构和浓度对机械性能的影响

• 发表时间: 2017
• 作者: Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Takayuki Kurokawa;Tasuku Nakajima;Takayuki Nonoyama;Liang Chen;Jian Ping Gong;Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Liang Chen;Kunpeng Cui;Yanan Ye
• 通讯作者: Yanan Ye

Osmotic Stress-Induced Viscoelastic-Glassy Transition of Polyampholytes

渗透应力诱导的聚两性电解质的粘弹性-玻璃态转变

• 发表时间: 2017
• 作者: Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Takayuki Kurokawa;Tasuku Nakajima;Takayuki Nonoyama;Liang Chen;Jian Ping Gong;Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Kunpeng Cui
• 通讯作者: Kunpeng Cui

Tough and Self-Healing Elastomers Based on Sacrificial Bonds Concept

基于牺牲键概念的坚韧自修复弹性体

• 发表时间: 2017
• 作者: Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Takayuki Kurokawa;Tasuku Nakajima;Takayuki Nonoyama;Liang Chen;Jian Ping Gong;Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Liang Chen
• 通讯作者: Liang Chen