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論文

Computer simulation of reaction-induced self-assembly of cellulose via enzymatic polymerization

川勝 年洋; 田中 宏和; 小泉 智; 橋本 竹治

Journal of Physics; Condensed Matter, 18(36), p.S2499 - S2512, 2006/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:31.27(Physics, Condensed Matter)

水溶液中における酵素分子の特異場でのセルロース分子の人工合成と、合成反応に誘起されたセルロース分子の自己組織化過程についての中性子小角散乱、及び電子顕微鏡観察結果を、計算機シミュレーションにより理論解析した。

口頭

可逆的付加-脱離連鎖移動重合過程の中性子超小角散乱法によるその場・実時間観察

元川 竜平; 小泉 智; 飯田 優羽; 川勝 年洋; 橋本 竹治

no journal, , 

可逆的付加-脱離連鎖移動重合法によりポリメタクリル酸メチルとポリスチレンからなるジブロック共重合体を合成し、この重合過程について中性子超小角散乱法によるその場・実時間観察を行った。この結果、均一溶液下でのジブロック共重合体の成長、重合反応誘起相分離構造の出現を、小角散乱の時間変化として追跡することに成功した。さらに、メゾスケールの重合反応誘起相分離構造の形成を詳細に解析した結果、はじめにマクロ相分離構造が出現し、これに追随して出現するミクロ相分離構造の形成が、ラジカル重合の生長反応速度と相関関係を持つことを実験的に初めて見いだすことに成功したので、この結果について発表する。

口頭

ポリメタクリル酸メチル-ポリスチレンジブロック共重合体の可逆的付加-脱離連鎖移動(RAFT)重合過程の観察; 中性子超小角散乱法によるその場・実時間観察

元川 竜平; 小泉 智; 飯田 優羽; 川勝 年洋; 橋本 竹治

no journal, , 

可逆的付加脱離連鎖移動重合法によりポリメタクリル酸メチルとポリスチレンからなるジブロック共重合体を合成し、この重合過程について中性子超小角散乱法によるその場・実時間観察を行った。この結果、均一溶液下でのジブロック共重合体の成長,重合反応誘起相分離構造の出現を、小角散乱の時間変化として追跡することに成功した。さらに、メゾスケールの重合反応誘起相分離構造の形成を詳細に解析した結果、初めにマクロ相分離構造が出現し、これに追随して出現するミクロ相分離構造の形成が、ラジカル重合の生長反応速度と相関関係を持つことを実験的に初めて見いだすことに成功したので、この結果について発表する。さらに高分子微粒子の専門家が多く参加する本研究会において、中性子超小角散乱を用いた実験手法が不均一重合反応を観察するための強力な手段となることをアピールする。

口頭

ポリメタクリル酸メチル-ポリスチレンジブロック共重合体の可逆的付加-脱離連鎖移動重合過程の観察; 中性子超小角散乱法によるその場・実時間観察

元川 竜平; 小泉 智; 飯田 優羽; Zhao, Y.; 川勝 年洋; 橋本 竹治

no journal, , 

可逆的付加-脱離連鎖移動重合法によりポリメタクリル酸メチルとポリスチレンからなるジブロック共重合体を合成し、この重合過程について中性子超小角散乱法によるその場・実時間観察を行った。この結果、均一溶液下でのジブロック共重合体の成長,重合反応誘起相分離構造の出現を、小角散乱の時間変化として追跡することに成功した。さらに、メゾスケールの重合反応誘起相分離構造の形成を詳細に解析した結果、はじめにマクロ相分離構造が出現し、これに追随して出現するミクロ相分離構造の形成が、ラジカル重合の生長反応速度と相関関係を持つことを実験的に初めて見いだすことに成功したので、この結果について発表する。さらに、中性子超小角散乱とクロマトグラフィー法を融合した実験手法は、不均一重合反応下で起こる相分離現象を観察するための強力な手段となることをアピールする。

口頭

中性子超小角散乱によるRAFT重合反応溶液のその場観察

元川 竜平; 小泉 智; 橋本 竹治; 飯田 優羽*; 川勝 年洋

no journal, , 

リビングラジカル重合法(RAFT重合)によりポリメタクリル酸メチルとポリスチレンで構成されるジブロック共重合体を合成した。この重合溶液について中性子超小角・小角散乱法によるその場観察を行った結果、均一溶液下でのジブロック共重合体の成長、及び、重合生成物に誘起される相分離構造の出現を小角散乱の時間変化として追跡することに成功した。その際、相分離構造のモルフォロジーとサイズの経時変化を反映して構造色が発現することを明らかにした。また、カラム分析により本重合挙動を詳細に調べたところ、相分離構造の出現は重合反応速度の遅延を引き起こす可能性があることを実験的に初めて見いだすことに成功したので、この結果について報告する。

口頭

The Association structure of tapered block copolymer in the simultaneous living anionic polymerization

Zhao, Y.; 宮元 展義*; 小泉 智; 橋本 竹治; 飯田 優羽*; 川勝 年洋

no journal, , 

重水素化ベンゼンを重合溶媒、sec-ブチルリチウムを開始剤とし、ポリイソプレン-ポリスチレンブロック共重合体をリビンアニオン重合により重合する過程と重合によって誘起された自己集合体の実時間その場観察を中性子小角散乱(SANS)法、核磁気共鳴(NMR)法、ゲル浸透クロマトグラフィー法、紫外・可視分光法の組合せにより行った。その結果、重合過程にはランダムブロック共重合体鎖の生成が、末端会合している高分子鎖数が4から2へ変化したことを示唆している。

口頭

偏極解析中性子小角散乱法によるナフィオンの微細構造の研究; イオンクラスター内部の水和構造に関して

小泉 智; Putra, A.; 能田 洋平; 山口 大輔; 徳増 崇*; 川勝 年洋*

no journal, , 

固体高分子形燃料電池用の膜電極接合体(MEA)の構造評価法を中性子小角散乱法を基軸として開発した。従来のピンホール型中性子小角散乱法(SANS)に集光レンズを用いてピンホール法を補強し集光型超小角散乱法を実現した。また完全結晶を活用した ボンゼ・ハート法を活用し測定範囲を10$$mu$$mへ拡張した。これらが観察する空間サイズはMEAのカーボン担体及びそこにおける水分布に相当する。また$$mu$$m以上の観察は、低真空走査電子顕微鏡で補足し、画像をフーリエ変換して散乱との比較を行った。他方、局所構造に関して偏極解析法を併用することで非干渉性散乱を定量化して除去し、ナフィオンのイオンクラスター構造の内部を観察することに成功した。この結果を分子動力学法や粒子散逸法などのマルチスケール計算機シミュレーションの結果と比較し、イオンクラスターの内部構造を実画像化することを試みた。以上のように実空間観察、計算機シミュレーション等を組合せた先端的中性子小角散乱法は、燃料電池の運転性能を向上させるためのMEA材料の設計指針を与える新手法として有用である。

口頭

先端的中性子小角散乱法による膜電極接合体の微細構造の研究

小泉 智; 川勝 年洋*; 徳益 崇*

no journal, , 

固体高分子形燃料電池用の膜電極接合体(MEA)の構造評価法を中性子小角散乱法を基軸として開発した。従来のピンホール型中性子小角散乱法(SANS)では観測が可能な空間サイズはnmから100nmに限定されてきた。そこで集光レンズを用いてピンホール法を補強し集光型超小角散乱法を実現した。また完全結晶を活用した ボンゼ・ハート法を活用し測定範囲を10$$mu$$mへ拡張した。これらが観察する空間サイズはMEAのカーボン担体及びそこにおける水分布に相当する。また$$mu$$m以上の観察は、低真空走査電子顕微鏡で補足し、画像をフーリエ変換して散乱との比較を行った。他方、局所構造に関して従来のSANSでは、水素由来の非干渉性散乱がバックグランドとなり構造解析の支障であった。そこで偏極解析法を併用することで非干渉性散乱を定量化して除去し、ナフィオンのイオンクラスター構造の内部を観察することに成功した。この結果を分子動力学法や粒子散逸法などのマルチスケール計算機シミュレーションの結果と比較し、イオンクラスターの内部構造を実画像化することを試みた。

口頭

Anisotropic shape and power law behavior of the scattering peak observed on the layered phase of colloidal platelike 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

no journal, , 

板状粒子コロイドであるニオブ酸化物が剥離して生成する単層(以下、ナノシートと記述)が水中に分散して形成する層状構造から発現する異方的な散乱ピークについて詳細な解析を行った結果を報告する。実験から得られている散乱ピークをナノシートが周期的に配列している法線方向(q$$_{z}$$)とそれに垂直な方向(q$$_{x}$$)とに分離して解析し、q$$_{x}$$方向のピーク強度の減小がq$$_{z}$$方向の減小よりも約2倍大きいことを見いだした。これは、シートの曲げ弾性率と圧縮弾性率の関係から、理論的にも予測されている。本研究では、理論式を計算機で積分することにより、2次元の散乱関数を数値的に求め、実験結果との比較を検討した。そして少なくとも定性的には、両者が同様の散乱挙動を示すことを確認した。

口頭

板状コロイドによって形成されるラメラ状構造の小角散乱パターンの解析

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*

no journal, , 

液晶のスメクチック相に関する構造解析は、散乱法によるものに限っても、過去に多くの研究報告がなされている。液晶が真の長距離秩序を持たないという前提から、得られる散乱ピークに関して、その減衰挙動が、長らく議論の的になってきた。特にCaill$'e$によって計算された散乱関数の漸近挙動の論文にある、スメクチック相における、ピークの減衰のべき指数の予測の検証が精力的に行われている。既存の実験系では、スメクチック相を構成する分子の位置のゆらぎとともに配向のゆらぎも大きくなり、層の積層方向(qz方向)とその垂直方向(qx方向)に分けてピークの減衰の解析を行うことが困難であったためか、このような解析の報告例はほとんどない。今回、ニオブ酸化物の層状結晶を剥離させて単層ごとに水中に分散させた結果、自己集合して形成した積層構造を放射光X線のマイクロビームを用いて観察すると、極めて配向度の高い散乱パターンを示したため、qz方向とqx方向に分けてピークの減衰の解析を行うことが可能となった。解析の結果は理論の予測と一致する傾向を示した。

口頭

高度に配向した無機シート状粒子の散乱挙動

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

no journal, , 

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。

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