Entropy-Driven Self-Assembly of Soft Materials

软材料的熵驱动自组装

基本信息

批准号：
20K05623
负责人：
浅井誠
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

高分子グラフトナノ粒子（Polymer Grafted Nanoparticles: PGNPs）は、無機物であるナノ粒子を高分子バルクの中に固定化させることができるため、無機と有機物の利点を併せ持つ高機能性高分子材料として注目を集めている。特に、高分子バルク中でナノ粒子に秩序構造を持たせることで、さまざまな熱的・光学的特性を制御できることが示されてきた。しかも、PGNPsは、我々の先行研究において、ナノ粒子表面にグラフトされた高分子鎖の熱的な揺らぎによって、ナノ粒子間に複雑なエントロピー相互作用をもたらすことがわかっており、その相互作用を制御することで、多彩な秩序構造を形成する可能性が示されてきた。さらに、PGNPsは星型高分子とのアナロジーで、その濃縮系においてダイヤモンド構造を形成する可能性が考えられており、メタマテリアルとしても利用できる可能性がある。そこで2022年度は、PGNPSの凝集体であるPGNPs膜の構造を分子動力学シミュレーションを用いて調べた。その結果、ダイヤモンド構造の一つ手前のBCC構造を得ることができた。この結果は、分子動力学法で初めてPGNPsがBCC構造に相転移することを直接的に観測した初めての事例としてSoft Matter誌に掲載された。また、本結果はSoft Matter誌のFrontカバー論文として選出された（M. Ishiyama, M. Asai, et al., Soft Matter, Vol.18, 6318-6325 (2022)）。現在はさらにPGNPs膜を濃縮することで、ダイヤモンド構造を得られるかどうかを検証していている段階である。

聚合物接枝纳米颗粒（PGNP）作为兼具无机和有机材料优点的高功能聚合物材料而受到关注，因为它们可以将无机纳米颗粒固定在聚合物本体中。特别是，已经表明，可以通过在本体聚合物中赋予纳米粒子有序结构来控制各种热和光学性质。此外，我们之前的研究表明，由于接枝到纳米颗粒表面的聚合物链的热波动，PGNP 可以在纳米颗粒之间引起复杂的熵相互作用，因此控制这些相互作用非常重要。可以形成多种有序结构。此外，与星形聚合物类似，PGNP 被认为有可能在其集中系统中形成金刚石结构，并有可能用作超材料。因此，在2022年，我们利用分子动力学模拟研究了PGNPs膜（PGNPs的聚集体）的结构。结果，我们获得了 BCC 结构，比金刚石结构早了一步。该结果发表在《Soft Matter》上，这是首次利用分子动力学方法直接观察到 PGNP 向 BCC 结构的相变。此外，该成果还被选为Soft Matter杂志的封面论文（M. Ishiyama, M. Asai, et al., Soft Matter, Vol.18, 6318-6325 (2022)）。我们目前正处于验证是否可以通过进一步浓缩PGNPs薄膜来获得金刚石结构的阶段。