高度に配向した無機シート状粒子の散乱挙動

Scattering analysis for highly oriented colloidal dispersion consisting of sheet-like inorganic particles

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

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

スメクチック液晶相に関して、真の長距離秩序が存在しないことから、それが示す散乱は(3次元)結晶のBragg散乱とは異なり、ピーク中心からの散乱ベクトル(q)の増加とともに強度が異方的なべき乗則に従って減衰することが調和近似の理論展開によって定式化されている。この実験による検証として、過去に棒状分子(CBOOA or 8OCB)サーモトロピック液晶や、界面活性剤が形成するラメラリオトロピック液晶において観察された異方的な散乱パターンの解析が報告されている。今回、上記の系とは異なり、極めて大きなアスペクト比を有するシート状粒子(1.6nmの厚さ(d)に対し、シート面内の平均粒径(L)が650nm)のコロイド分散系において現れる層状構造の散乱に対し、粒子の積層方向(散乱ベクトルの座標系でqz方向とする)とそれに直角な(qx)方向に分けて解析を行った。その結果、理論が予測する異方的なべき乗則が観測され、解析により、シートの曲げ弾性、およびシートの積層に関する圧縮弾性率を評価し、散乱パターン上の配向の乱れと関連づけて議論したので、発表する。

Self-assembled structures of aqueous colloidal dispersions of niobate nanosheets having a uniform thickness of d = 1.6 nm and an average lateral dimension of L = 650 nm, hence an extremely large nominal aspect ratio (L/d) of 400 were studied by micro-beam synchrotron small-angle X-ray scattering (SAXS). The results elucidated highly orientated, periodic layered liquid crystalline phase exhibiting a multiple-order scattering peaks. The line-profiles of the multiple-order peaks were analyzed in the directions both parallel and perpendicular to the one-dimensional stacks of the nanosheets for each order of the peaks. The results were compared with the formula based on harmonic approximation. An experimental problem associated with effects of orientation distributions of the stacks on the line profile analyses was quantitatively examined.