Dynamic and static fluctuations in polymer gels studied by neutron spin-echo

中性子スピンエコー法による高分子ゲル中の動的・静的揺らぎに関する研究

金谷 利治*; 高橋 伸明; 西田 幸次*; 瀬戸 秀樹*; 長尾 道弘*; 武田 隆義*

Kanaya, Toshiji*; Takahashi, Nobuaki; Nishida, Koji*; Seto, Hideki*; Nagao, Michihiro*; Takeda, Takayoshi*

中性子スピンエコー法により三種類のポリビニルアルコール(PVA)ゲルについて研究した。第一にジメチルスルホキシド(DMSO)と水を体積混合比60対40で混合したものを溶媒とするもの、第二にPVAのホウ酸水溶液、そして第三に化学架橋のPVAゲルである。中間散乱関数I(q,t)/I(q,0)はそれぞれ大きく異なった。最初のゲルと第三のゲルは、非減衰項を含むが、第二のゲルは含まなかった。これは非減衰項が静的濃度揺らぎに起因して起こることを示唆している。静的濃度揺らぎと動的濃度揺らぎはそれぞれ、ゲル網目による運動の制限とZimmモードに起因する高分子鎖セグメントの運動を示していることが明らかとなった。

We report neutron spin-echo measurements on three types of poly(vinyl alcohol) (PVA) gels. The first is PVA gel in a mixture of dimethyl sulfoxide (DMSO) and water with volume ratio 60/40, the second is PVA gel in an aqueous borax solution and the third is chemically cross-linked PVA gel. The observed normalized intermediate scattering functions I(Q,t)/I(Q,0) were very different among them. The I(Q,t)/I(Q,0) of the first and third gels showed a non-decaying component in addition to a decaying component, but the second one did not have the non-decaying one. This clearly indicates that the fluctuations in the first and third PVA gels consist of static and dynamic fluctuations whereas the second PVA gel does include only the dynamic fluctuations. The dynamic and static fluctuations of the PVA gels were analyzed in terms of a restricted motion in the gel network and the Zimm motion, respectively.