小角中性子散乱及び小角X線散乱によるナノシートコロイドの観察

SANS and SAXS observation on the layered-structure-forming nanosheet colloid

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

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

光触媒反応を示す機能物質である層状ニオブ酸化物(KNbO)を水中で単位層に剥離させたコロイドの構造に関して、中性子及び放射光X線小角散乱から得られた結果を報告する。成果の主たる内容は、(1)単位層に剥離したシート状のニオブ酸化物粒子(以下、ナノシートと記述)の粒子間隔の秩序性は、ナノシートの粒径により、劇的に変化する。粒径が1000nm以上の場合には、配向性は著しいものの、粒子間隔の秩序性には乏しい。一方、粒子径が1000nm以下の場合には、粒子間隔の秩序性は著しく高くなる。(2)ナノシートの間隔は、水中でシートが均一に分散していると仮定した場合の粒子間隔の距離に比べ、異常に小さい。その結果、ナノシート間には常に引力が働いており、系には濃度ゆらぎが存在すると結論される。(3)コロイドから得られる散乱ピークの詳細な解析から、ピークは形状が異方的なだけでなく、異方的に減衰することも明らかとなった。これら3つの実験事実はコロイド系では、過去にほとんど報告がなされていない事象であり、中性子及び放射光X線小角散乱という手法の寄与が大きい。

The lyotropic lamellar phase in colloidal suspension has been well established in the recent work of the exfoliated inorganic phosphatoantimonate crystal. Here we report the other distinct lamellar phase formed in the colloidal suspension of hexaniobate nanosheet, which is coexistent with an isotropic phase. It is clear that not only the degree of orientational order but also that of positional order are quite different between upper isotropic phase and bottom lamellar phase. However, a definite interparticle correlation does exist in the isotropic phase and the difference in the mean interparticle distance between lamellar and isotropic phases turned out rather small. All those pieces of experimental evidence suggest that the coexisting isotropic-lamellar phases is not attributed to the sedimentation of the nanosheet particles by the gravity but arisen as a result of ordering process of nanosheet particles by getting over the random thermal force of Brownian motion.