中性子回折法によるハイドロゲル中に形成する氷の構造評価

Structure of water and ice in poly-N,N,-dimethylacrylamide hydrogels investigated by neutron diffraction

関根 由莉奈   ; 東島 優*; 深澤 倫子*; 深澤 裕

Sekine, Yurina; Tojima, Yu*; Fukazawa, Tomoko*; Fukazawa, Hiroshi

ハイドロゲル中に存在する水は、自由水, 中間水, 束縛水の3種類に区別することができ、通常の水とは異なる性質や構造を有することが知られている。本研究では、ゲル中の水の性質や構造を明らかにすることを目的として、オークリッジ国立研究所の中性子回折装置(WAND)を用いて含水率の異なるポリN,N-ジメチルアクリルアミド(PDMAA)ゲルの中性子回折パターンを10-300Kの温度範囲において測定した。高含水率のPDMAAゲルでは10-300Kの範囲で六方晶氷の回折パターンを観察した。一方、低含水率のゲルでは230K以下でアモルファス氷の回折パターンを観察した。これは昇温に伴い立方晶氷及び六方晶氷のパターンへと変化した。この結果はゲルの含水率変化に伴い水の構造が大きく変化することを示すものである。本研究成果は新規ゲル材料の開発において重要な知見となる。

Neutron diffraction patterns of high and low D2O-content poly-N,N,-dimethylacrylamide (PDMAA) hydrogels were measured in temperature range from 10 to 300 K to investigate structure of water in hydrogels. The results show that amorphous, cubic, and hexagonal ices exist in the low D2O-content PDMAA hydrogel at low temperature, whereas only hexagonal ice exists in the high D2O content PDMAA hydrogel.