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高分子ゲル / 相転移 / 相平衡 / 光散乱 / 相分離 / ゲル水 / 粘弾性 / コヒーレント固体 / ゲル / 体積相転移 / 分域構造 / 高分子物理学 / 相境界 / パターン形成 / 2相共存領域

実験の面では、3相共存状態における分域の挙動の精密測定、及び混合溶媒中でのゲル内部に形成されるセルパターンの測定を、また理論的研究の面では、転移に伴う水の状態の変化と収縮相の安定化条件を解析した。
(1)実験的研究:3相共存状態の実験と分域の温度挙動
試料の大きさを従来の実験の場合に比べて約1/10の100mμとすることにより、体積緩和時間は約1/100に短縮され、分域壁の温度挙動の実験が短時間必要性から、温度制御は従来よりも難しくなった。試料ホルダーの構造、温度制御機器の精密化によってこの問題に対処し、一応初期の目標を達し得た。NIPAゲルの体積相転移機構の理解には、従来の現象論よりも更に進んだ理論を必要とすることが確認できた。
(2)相分離におけるセルパターンの観測
エタノールと水との混合溶媒中の相分離において、きわめて特徴的なセルパターンが初めて観測された。この事は、NIPA鎖がかなり剛直である事の証拠であると解釈された。
(3)理論的研究:転移におけるゲル水の振舞いと収縮相の安定性
今年度の研究から得られた最大の収穫は、現実に起こるゲルの体積相転移が、従来Floryの現象論が予言する相転移とはかなり異なると言う点が明らかになったことである。すなわち、種々の実験事実を総合的に判断すると、収縮相は自由水を含まず、網目と束縛水とが結晶的な構造を形成していると考えられる。この事は、一種類のモノマーから出来た合成高分子でも、溶媒を組み込んだ高次構造を取り得ることを示すものであり、タンパク質のような生体高分子の構造形成のモデル系としても、ゲルが有効であることを示す。

高分子ゲル / 体積相転移 / ゲル・ゲル転移 / スピノ-ダル分解 / 光散乱 / 弾性定数 / ブリルアン散乱 / パタ-ン形成 / 弾性不安定性 / ゲルの体積相転移 / ゲル-ゲル転移 / スピノーダル分解

N-イソプロピルアクリルアミド(NIPA)ゲル、及びアクリルアミド(AA)ゲルについて、光散乱測定を中心とする研究を行い、以下の成果を得た。
1.NIPAゲルのスピノ-ダル分解(SD)機構の研究
多素子光検出器とパ-ソナルコンピュ-タとを組み合わせて、時間及び位置分離光散乱光度計を作製し、それを用いて表記ゲルのSDの動力学を調べた。前方散乱極大の時間依存性より、不安定になる温度及び不安定ゆらぎの波数が明確に異なる、2種類のSDが、一つのゲル中に共存することがわかった。これらは、ゲルの表面及び内部のSDにそれぞれ対応するものと考えられる。更に、現象論に基づく計算によって、ゲルには収縮相-膨潤相、収縮相-純溶媒、膨潤相-純溶媒、の3種のSDが起こり得る事が示された。
2.ブリルアン散乱による高周波弾性測定
NIPAゲルの体積転移点(33.6℃)近傍で表記測定を行い、GHz領域の音速及び吸収が共に転移点で大きな階段状変化を示すと言う結果を得た。
体積転移を示すゲルのブリルアン散乱の測定は、本測定が初めてである。
3.ゲル膨潤時に現れるパタ-ンの時間発展。
AA及びNIPAゲルにつき、表記パタ-ンの時間発展則を調べ、それが時間のべき乗則で非常によく記述できることが分かった。
4.ゲルに一様な張力を印可する方法の開発とそれを用いた測定。
(1)体積相転移の外部応力依存性と、その結果を説明する理論の開発。
(2)体積弾性率のソフト化、及び負のポアッソン比の実測。これらの結果の理論的解釈。
(3)一軸性応力に対する網目の弾性応答の変化を、光子相関法で測定したこと。

【研究分担者】
山本達之	東京工業大学	生命理工学部	助手	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
山本郁夫	横浜国立大学	教育学部	助手	(Kakenデータベース)