Formation of liquid crystalline phases in colloidal suspensions of KNbO nanosheet

ニオブ酸化物KNbOナノシートコロイドにおいて形成される液晶相

山口 大輔; 宮元 展義*; 小泉 智; 中戸 晃之*; 八木 直人*; 橋本 竹治

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

ニオブ酸化物KNbOは本田-藤嶋効果により、太陽光から水素を製造する光触媒として、燃料電池技術開発の分野においても注目を集めている物質である。このKNbO層状結晶を単位層に剥離させて得られるナノシートコロイドにおいて、小角散乱法(中性子・X線)を用いて構造形成に関する基礎研究を行い、以下の新しい現象を発見したので本国際会議において発表を行う。(1)ナノシートの体積分率()を0.01に固定し、シートの平均粒径(D)とコロイドの構造との関係を調査した。この濃度(=0.01)ではコロイドは常に液晶相と等方相の共存状態を形成したが、共存する液晶相の構造は、D1mではネマチック相が現れ、D1mでラメラ相に転移した。ナノシートのような板状粒子でこの転移が実験的に確認されたことは過去にほとんど例がない。(2)一方、ナノシートの平均粒径を0.65mに固定し、ナノシートの体積分率()とコロイドの構造との関係を調査した。=0.01-0.025の濃度領域において、前述の等方相とラメラ相の共存状態が現れた。このとき等方相とラメラ相は上下2相に完全に相分離したが、ピーク位置から見積られるナノシート粒子間の間隔(d)は等方相とラメラ相でほぼ等しかった。他方dはに対しては明確な依存性を示し、が0.01から0.025まで変化する間にdは約1/2に減少した。これは相分離における「梃子の法則」では説明できない現象と考えられ、非常に興味深い。

Two new experimental evidences were obtained in lyotropic liquid crystalline (LC) phase behavior consisting of a model charged colloidal platelike particle system yielded from layered niobate crystal of KNbO. Firstly, the effect of mean lateral size () of the particle was examined at a constant volume fraction of the particle () where a LC phase coexisted with an isotropic (I) phase. The coexisting LC phase was abruptly transformed from nematic to lamellar (L) as was decreased. Secondly, the dependence of the interparticle distance (d) was examined along the I-L transition. In the coexistence region, d showed nearly the same value between those two phases and varied with , being out of the usual lever rule.