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Aspect-ratio-dependent phase transitions and concentration fluctuations in aqueous colloidal dispersions of charged platelike particles

電荷を帯びた板状粒子のコロイド分散水溶液におけるアスペクト比依存のある相転移と濃度揺らぎに関する研究

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

電荷を帯びた板状のニオブ酸化物のコロイド水溶液の相転移を中性子小角散乱及びX線小角散乱により詳細に調査した。その結果、(1)コロイド水溶液はコロイド粒子の体積分率を0.01に固定した場合、広いアスペクト比において等方相と液晶相に相分離すること。(2)アスペクト比を大きくすることにより、粒子間隔の秩序性が著しく高くなること。(3)液晶相において著しい濃度ゆらぎが観測されたこと。これは従来の分子からなる液晶では予期できないことだが、今回の対象である板状のコロイド粒子では起こり得ることである。というようなさまざまな新規性を明らかにした。

Phase transition of aqueous colloidal dispersions of charged plate-like particles of niobate nanosheets were investigated as a function of the aspect ratio ($$r_{rm asp}$$) and particle volume concentration ($$theta$$$$_{rm P}$$) by small-angle neutron scattering and small-angle X-ray scattering. The results elucidated the following three pieces of evidence: (1) the macroscopic phase separation of the dispersions into an isotropic phase and a liquid crystalline phase (LC) under the condition of (a) varying $$r_{rm asp}$$ at a constant $$theta$$$$_{rm P}$$ = 0.01, and of (b) varying $$theta$$$$_{rm P}$$ (0.01 $$leq$$ $$theta$$$$_{rm P}$$ $$leq$$ 0.025) at a constant $$r_{rm asp}$$ = 2.5$$times$$10$$^{-3}$$. (2) the $$r_{rm asp}$$-induced phase transition of the LC phase from a nematic phase to a highly periodic layered phase upon increasing r under the condition (a). (3) the LC phase having remarkable concentration fluctuations of the particles which are totally unexpected for the conventional lyotropic molecular LC but which are anticipated to be general for the plate-like colloidal particles.

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パーセンタイル:75.27

分野:Physics, Fluids & Plasmas

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