無機酸化物ナノシートを異方配向した自励振動ゲルの創成

我々は、最近、無機酸化物の層状結晶を単層剥離したナノシート（幅 ～μm、厚み0.75 nm）を内包したヒドロゲルについて、構造や機能を研究している。この研究の中途、酸化チタンナノシートの分散液に外部磁場を印加することにより、ナノシートが磁力線に対して一義的に垂直配向することを偶然見いだした。酸化チタンナノシートの分散液にNIPAMおよび架橋剤を溶解し、磁場印加下にてこれらのアクリルモノマーを系内重合すると、系全体がゲル化する結果、ナノシートの異方的配向は磁場解除の後にも保存される。高度な構造的秩序を反映し、ナノシート含量はごくわずか（1.6%）であるにもかかわらず、このヒドロゲルは著しい光学的異方性を示す。こうして得られたヒドロゲルの体積相転移挙動を調べたところ、加熱（32度より高温へ）の初期段階において、ヒドロゲルはナノシート平面に対し平行方向に収縮するとともに、垂直方向には膨潤することが明らかとなった。異方的に変形したヒドロゲルを冷却（32 度より低温へ）すると、ヒドロゲルは元の形状を回復し、この過程は可逆的に何度でも繰り返すことができる。詳細な検討の結果、酸化チタンナノシートに高密度に存在する負電荷間の静電的反発が、この現象の鍵となっいることが分かった。ここで得られた知見は、NIPAMヒドロゲルの基礎研究・応用研究の両面に一石を投じるものと期待される。

我々は、最近、無機酸化物の層状結晶を単層剥離したナノシート（幅 ～μm、厚み0.75 nm）を内包したヒドロゲルについて、構造や機能を研究している。この研究の中途、酸化チタンナノシートの分散液に外部磁場を印加することにより、ナノシートが磁力線に対して一義的に垂直配向することを偶然見いだした。酸化チタンナノシートの分散液にNIPAMおよび架橋剤を溶解し、磁場印加下にてこれらのアクリルモノマーを系内重合すると、系全体がゲル化する結果、ナノシートの異方的配向は磁場解除の後にも保存される。高度な構造的秩序を反映し、ナノシート含量はごくわずか（1.6%）であるにもかかわらず、このヒドロゲルは著しい光学的異方性を示す。こうして得られたヒドロゲルの体積相転移挙動を調べたところ、加熱（32度より高温へ）の初期段階において、ヒドロゲルはナノシート平面に対し平行方向に収縮するとともに、垂直方向には膨潤することが明らかとなった。異方的に変形したヒドロゲルを冷却（32 度より低温へ）すると、ヒドロゲルは元の形状を回復し、この過程は可逆的に何度でも繰り返すことができる。詳細な検討の結果、酸化チタンナノシートに高密度に存在する負電荷間の静電的反発が、この現象の鍵となっいることが分かった。ここで得られた知見は、NIPAMヒドロゲルの基礎研究・応用研究の両面に一石を投じるものと期待される。