ニオブ酸化物(KNbO)ナノシートコロイドが示す液晶相挙動に関する研究

Liquid crystalline phases in colloidal suspensions of KNbO nanosheets

山口 大輔; 宮元 展義*; 藤田 貴子*; 中戸 晃之*; 小泉 智; 八木 直人*; 太田 昇*; 橋本 竹治

Yamaguchi, Daisuke; Miyamoto, Nobuyoshi*; Fujita, Takako*; Nakato, Teruyuki*; Koizumi, Satoshi; Yagi, Naoto*; Ota, Noboru*; Hashimoto, Takeji

板状粒子のコロイドの研究の歴史は古く、さまざまな物質系において研究の蓄積がこれまでになされてきている。例えば粘土鉱物はその代表的な例の一つである。しかしなお完全な理解が得られているとは言い難く、最近でも板状粒子の形状を精密に制御した系で形成される液晶構造に再び注目が集まっている。板状粒子の場合、球状とは異なり粒子自体が異方性を備えているため、配向により多様な液晶を自己組織化することが可能である。本研究では光触媒反応を示す機能性物質としてよく知られている層状ニオブ酸化物KNbOの単結晶が極めて大きな異方性を保持したまま、単位層に剥離しうることを利用して、厚みが1.8nmと非常によく揃っているのに対し、超音波によってナノシートを破砕するという操作により粒径を100nmから数mの広い範囲で制御したナノシート(単位層)を水中に分散させたコロイドの構造を調べた。その結果、平均粒径が(1)980nm以上ではネマチック相が出現するのに対し、平均粒径が(2)650nmにまで下がった粒子から調製した試料においてはラメラ相という異なる構造が発現した。板状粒子のコロイドの系で平均粒径の違いだけで異なる液晶構造が観察されたことは、実験的にはこれまであまり例がなく、非常に興味深い結果である。

Formation of lyotropic liquid crystalline (LC) phase was observed on a charged colloidal platelike particle system yielded from layered niobate crystal of KNbO. Firstly, the effect of mean lateral size (D) of the particle was examined at a constant volume fraction of the particle (.fai.) where a LC phase coexisted with an isotropic (I) phase. The coexisting LC phase was distinctly transformed from nematic to lamellar (L) as D was diminished. Secondly, the .fai. dependence of the interparticle distance (d) was examined along the I-L transition. In the coexistence region, d varied with .fai. and held nearly the same value between I and L phases, apparently deviating from gas-liquid condensation-type phase separation.