中性子小角散乱によるニオブ酸ナノシート液晶の構造解析

Small angle neutron scattering observation of liquid crystalline sol of niobate nanosheets

宮元 展義; 山口 大輔; 中戸 晃之*; 小泉 智; 橋本 竹治

Miyamoto, Nobuyoshi; Yamaguchi, Daisuke; Nakato, Teruyuki*; Koizumi, Satoshi; Hashimoto, Takeji

本研究では超小角及び小角中性子散乱(USANS及びSANS)及び超小角X線散乱(USAXS)によりナノシート液晶の観察を行い、ナノシートの平均サイズL及び濃度の関数として液晶構造が変化する様子を明らかにした。KNbO単結晶をプロピルアンモニウムと反応後、水で繰り返し洗浄することでナノシートゾルを得た。このゾルを10-180分間超音波処理し、適当に希釈することで、L及びの異なる一連の試料を得た。散乱曲線のq0.1nmの領域では、液晶のラメラ構造に起因するピークが確認された。面間隔はLには依存せず約40nmであったが、の減少とともに増加した。一方0.01nmq0.1nmの領域では、ナノシート一枚の形状を反映するため、散乱はLによって大きく異なった。q0.01nmの領域ではLに対する依存性は見られなくなり、qのベキで立ち上がる散乱が観察された。これは、Lに依存しないフラクタル的な液晶ドメイン構造の存在を示している。

The structure of liquid crystalline sols of niobate nanosheets was observed by USANS, SANS, and USAXS as the function of the average lateral size L and the volume fraction of the nanosheets. The nanosheets sols were obtained by a reaction of KNbO crystals with propylammonium followed by washing with water. The sol was ultrasonicated for 10-180 min and diluted to yield the series of the samples with different L and . At q 0.1, the peaks due to the lamellar structure of the liquid crystal were observed in the scattering curves. The basal spacing was ca. 40 nm, independent of L, at = 3.6 vol % and it decreased with decreasing . The scattering curves at 0.01 q 0.1 depended largely on L, or the form factor of the nanosheets. At q 0.01 nm, the power law of q was observed independent of L, indicating the presence of the liquid crystalline domains with mass fractal structure.