Neutron diffraction of ice in hydrogels

ハイドロゲル中の氷の中性子回折

関根 由莉奈   ; 深澤 倫子*; 相澤 守*; 小林 理気*; Chi, S.*; Fernandez-Baca, J. A.*; 山内 宏樹   ; 深澤 裕

Sekine, Yurina; Fukazawa, Tomoko*; Aizawa, Mamoru*; Kobayashi, Riki*; Chi, S.*; Fernandez-Baca, J. A.*; Yamauchi, Hiroki; Fukazawa, Hiroshi

ハイドロゲル中に存在する水の構造や性質を明らかにすることを目的として、10-300Kにおける重水を含むポリ,,-ジメチルアクリルアミドハイドロ(PDMAA)ゲルの中性子回折パターンを測定した。250K以下において観察された回折ピークは、ゲル中に氷が存在することを示した。これらのピーク位置は、通常の六方晶の氷(Ice Ih)よりも低い角度であった。このピーク位置のシフトはゲル中の氷の構造における軸, 軸の格子が通常のIce Ihよりも各々0.29, 0.3%大きいことを示す。この結果は、PDMAAゲル中に低密度の氷が存在することを示す。このような氷構造の歪みは、ゲル中における水分子と高分子鎖の相互作用によるものと考えられる。

Neutron diffraction patterns for deuterated poly-,,-dimethylacrylamide (PDMAA) hydrogels were measured from 10 to 300 K to investigate the structure and properties of water in the gels. Diffraction peaks observed below 250 K indicate the existence of ice in the hydrogels. Some diffraction peaks from the ice are at lower diffraction angles than those in ordinary hexagonal ice (Ih). These shifts in peaks indicate that the lattice constants of the and axes in the ice are about 0.29% and 0.3% higher than those in ice Ih, respectively. The results show that bulk low-density ice can exist in PDMAA hydrogels. The distortions in the lattice structure of ice imply significant interactions between water molecules and the surrounding polymer chains, which play an important role in the chemical and mechanical properties of the hydrogel.