Fractal structures of a poly(N-isopropylacrylamide)gel studied by small-angle neutron scattering over a Q-range from 10 to 0.1

中性子小角散乱法によるポリイソプロピルアクリルアミドゲルのフラクタル構造の研究

小泉 智; 安中 雅彦*; Borbely, S.*; Schwahn, D.*

Koizumi, Satoshi; Annaka, Masahiko*; Borbely, S.*; Schwahn, D.*

中性子小角散乱法を用いて高分子ゲルの微視的構造を観察した。ピンホール型中性子小角散乱(SANS)と2結晶型中性子小角散乱(DSANS)の2種類の小角散乱装置を用いることで波数q(A)で10q0.2の広い空間スケールをカバーすることを試みた。実験に用いた高分子ゲルは、ポリイソプロピルアクリルアミド/水である。転移温度T(=34.5)以下では、高分子鎖は水で膨潤しているが、T以下では、高分子鎖がコイル-グロビュール転移をおこしゲルが収縮する。実験では膨潤相から収縮相の広い温度領域でゲル中の熱的濃度揺らぎ、または収縮構造を観察し、基礎的な知見を整理することができた。結果は次の通りである。(1)膨潤相は通常の高分子溶液を記述するオルンシュタイン-ゼルニケ(OZ)型の散乱関数とゲルの架橋点構造に由来する散乱の和で記述できた。(2)濃度揺らぎの相関長は、Tに向かって平均場的に増大するが、Tでは一次転移的に発散する。平均場的な温度依存性を外挿することでスピノーダル点は39.7と決定された。(3)収縮相のT近傍では、グロビュールとコイルが共存し、グロビュールの空間分布はマスフラクタル的である(次元:D=1.7)。(4)収縮相でクエンチが深くなるとグロビュールの合体によりマスフラクタル次元でD=1.0に近い凝集構造(例えばシリンダー状)が形成された。

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