Study on the toughening mechanism of double network gels by mechanochemistry

双网络凝胶的机械力化学增韧机理研究

基本信息

批准号：
17J09290
负责人：
松田昂大
金额：
$ 1.34万
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：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題の目的は、強靭な「ダブルネットワークゲル（ＤＮゲル）」の強靭化メカニズムの解明である。ＤＮゲルは９０％程度の水を含みながらも一種の工業ゴムに匹敵する強靭性を示す、ユニークな強靭材料である。この強靭化の仕組みを解明することが本研究の目標である。ＤＮゲルの強靭化メカニズムは、ＤＮゲルの変形に伴うゲル内部の高分子鎖の切断に由来することが言われてきた。これを正確に理解するためには、ＤＮゲル中で高分子鎖がどのくらいの量、どのような範囲で、切断されているかを知る必要がある。そこで本研究課題では、ＤＮゲル中の高分子鎖の切断現象を化学的手法で検出し、定量評価およびその空間的分布の評価を行った。用いた基盤技術は、高分子鎖が破断した際に生じる「破断ラジカル」を利用した鉄の酸化反応およびラジカル重合反応である。高分子鎖の切断による化学反応は古くから知られているが、これをＤＮゲルに適用した研究はこれまでになかった。そこで、本研究課題ではまず、この基盤技術の確立を目指して研究を行った。当該年度は、これまで得られた知見を基に学術論文執筆を行い、当該基盤技術を学術界に認めさせ、全世界に公表することに注力した。研究過程において、当該技術はＤＮゲルの破壊機構の解明のみならず、力学負荷を受けて諸物性が向上する新しい概念の材料開発にも応用可能であることが見出された。そこで、「力学負荷を受けて成長するゲル」というコンセプトで価値提案を行い、Ｓｃｉｅｎｃｅ誌上で論文が公開された。また、本技術を用いたＤＮゲルの破壊機構解明の研究も進捗している。き裂周辺で高分子破断が生じた部位を標識化し顕微鏡を用いてミクロスケールで観察することで、き裂周辺の高分子鎖破断の空間的分布の定量的な評価に成功した。本成果はＤＮゲルの強靭化の本質をミクロスケールで実験的に示す画期的方法である。こちらは現在論文執筆中である。

该研究主题的目的是阐明坚固的“双网凝胶（DN凝胶）”中的弹性机制。 DN凝胶是独特的坚固材料，含有约90％的水，但表现出与一种工业橡胶相当的韧性。这项研究的目的是阐明这种弹性的机制。有人说，DN凝胶的韧性机理来自与DN凝胶变形相关的凝胶内部聚合物链的裂解。为了准确地了解这一点，有必要知道在DN凝胶中裂解聚合物链的程度和程度。因此，在本研究主题中，我们使用化学方法，定量评估和对其空间分布的评估检测了DN凝胶中聚合物链裂解的现象。使用的基本技术是使用当聚合物链破裂时发生的“断裂自由基”的铁和自由基聚合反应的氧化反应。由聚合物链裂解引起的化学反应已有很长一段时间了，但没有对DN凝胶进行研究。因此，在本研究主题中，我们首先进行了研究，目的是建立这项基本技术。在今年，我们专注于撰写基于到目前为止的知识，使学术界认可的基本技术并在世界各地公开的基本技术。在研究过程中，发现该技术不仅可以阐明DN凝胶的分解机制，而且还可以开发出新的概念，在机械负载下，各种物理性能得到改善。因此，根据“在机械压力的负担下生长的凝胶”的概念做出了价值主张，并在《科学杂志》上发表了一篇论文。此外，使用该技术阐明DN凝胶的分解机制的研究也在进行中。通过将聚合物断裂发生在裂纹周围发生并使用显微镜在显微镜上观察的位点标记，我们成功地评估了裂纹周围聚合物链断裂的空间分布。该结果是一种开创性的方法，可以实验显示微观上DN凝胶韧性的本质。目前正在写论文。