New measurement system based on small-angle neutron scattering for structural analysis of light-responsive materials

中性子小角散乱を基軸とした光応答性材料研究のための新規測定装置の開発

岩瀬 裕希*; 赤松 允顕*; 稲村 泰弘  ; 坂口 佳史*; 森川 利明*; 笠井 聡*; 大内 啓一*; 小林 一貴*; 酒井 秀樹*

Iwase, Hiroki*; Akamatsu, Masaaki*; Inamura, Yasuhiro; Sakaguchi, Yoshifumi*; Morikawa, Toshiaki*; Kasai, Satoshi*; Ouchi, Keiichi*; Kobayashi, Kazuki*; Sakai, Hideki*

光応答性材料の重要性が高まる中、光照射によって引き起こされる構造変化とその機能との相関を解析することは極めて重要である。このような構造解析には小角散乱(SAS)が有効であるが、SASによって1nm以下のスケールで局所的な分子構造形成や分子反応を定量的に捉えることは困難である。そこで本研究では、光応答性物質における非平衡現象の構造解析を目的として、紫外可視光照射装置、紫外可視分光光度計から構成される新しい試料環境を開発し、中性子小角・広角散乱装置(TAIKAN)に設置することで中性子小角散乱と紫外可視光吸収の同時測定を実現した。この測定手法を用いることで、光応答性分子であるアゾベンゼンを修飾した陽イオン性界面活性剤が水溶液中で形成するミセルが紫外可視光照射によって構造変化する様子をその場観察することを可能とした。その結果、本測定手法によりミセル構造の変化と分子配置の変化の相互作用に関する直接的な情報を提供することが示された。

With the increasing importance of light-responsive materials, it is vital to analyze the relationship between function and structural changes induced by light irradiation. Small-angle scattering (SAS) is effective for such structural analysis. However, quantitatively capturing local molecular structure formation and molecular reactions at a scale of less than 1 nm via SAS is difficult. In this study, to analyze the structure of non-equilibrium phenomena in light-responsive materials, a new sample environment has been developed for a time-of-flight small- and wide-angle neutron scattering instrument (TAIKAN), comprising a UV-Vis irradiation system, UV-Vis absorption measurement equipment and photodetector. Simultaneous measurement of small-angle neutron scattering and UV-Vis absorption was achieved. This system was used to demonstrate the in situ observation of UV-Vis irradiation-induced structural change of micelles formed by a light-responsive surfactant sample in an aqueous solution.