Structure of nanocomposite hydrogel investigated by means of contrast variation small-angle neutron scattering

コントラスト変調中性子小角散乱法を用いたナノコンポジットハイドロゲルの構造解析

遠藤 仁; 西田 理彦*; 柴山 充弘*; Li, H.-J.*; 原口 和敏*

Endo, Hitoshi; Nishida, Toshihiko*; Shibayama, Mitsuhiro*; Li, H.-J.*; Haraguchi, Kazutoshi*

川村理化学研究所の原口和敏博士らが開発したPNIPA-クレイナノコンポジットハイドロゲル(NCゲル)は、「軟らかくて脆い」という従来の高分子ゲルの常識を覆し、「ゴムの様な引っ張り特性」を有する新奇な物質である。そのNCゲルの構造をコントラスト変調中性子小角散乱法により決定した。その結果、ゲル中に分散した円盤状クレイナノ粒子が「2次元架橋剤」として機能していることが判明した。さらに、延伸状態のNCゲルにコントラスト変調中性子小角散乱法を適用し、NCゲルの延伸挙動をナノメートルスケールで詳細に決定した。

Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPA)clay nanocomposite hydrogels (NC gels) possess extraordinary superior mechanical properties. We have investigated the structure of NC gel by means of contrast variation small-angle neutron scattering (CV-SANS) technique. By applying CV-SANS in a sophisticated manner, the partial scattering functions of each component can be decomposed quantitatively. The extracted partial scattering functions of clay, polymer, and the polymer-clay cross-term were analyzed in detail, and the selective interaction between clay and polymer is revealed. On the basis of these structural observations, it is confirmed that the clay nanoparticles serve as 2-dimensional cross-linkers. Furthermore, the detailed structure of uniaxially-stretched NC gel was also studied by applying CV-SANS, and microscopic origin of the deformation mechanism of NC gel was explored.