Self-organization in Polymer Gel Systems Incorporated with Active Elements

含有活性元素的聚合物凝胶系统的自组织

基本信息

  • 批准号:
    10640376
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.24万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    1998
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1998 至 2000
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The poly (N-isopropyl acrylamide)(PNIPA) gel coupled with Belousov-Zhabotinsky (BZ) reaction was prepared by covalently bonding the catalyst ruthenium (Ru(bpy)_3) to the polymer chain. The chemical oscillation in the BZ reaction is found to induce periodical and autonomous swelling-shrinking volume changes of the gel. In this new type of gel, conversely a volume change of the PNIPA gel affects the propagation of the chemical wave. Our attention was focused on effects of mechanical changes on the chemical wave by utilizing the thermally driven volume phase transition of the PNIPA gel. Both the velocity and the frequency of the chemical wave increased with increasing the temperature, and abruptly decreased at the volume transition temperature of the gel. The diffusion of HBr0_2, which is essential for the wave propagation, was hindered with increasing the temperature. The diffusion of HBrO_2 through the gel network in the low temperature region was explained in the same way as a simple diffusion of inactive molecules through a restricted environment. At the high temperature, in contrast, the change of the wave velocity cannot be explained by the simple diffusion theory. This is probably because non-homogeneities in reactant concentrations and the increase in the amount of bulky catalyst hinder the diffusion and the rate of reaction.Depending on the ratio of concentration of the reducing agent to that of the oxidizing agent, reduction waves appears in contrast to usual oxidizing waves. The most striking behaviors observed are self-replication and preservation of reduction pulse waves. In the former dynamics, after the propagating reduction pulse wave vanishes, it splits into two counterpropagating pulses. In the latter dynamics, counterpropagating reduction pulse waves annihilate each other upon head-on collision and then reappear.
通过将催化剂Ruthenium(RU(BPY)_3)与聚合物链的催化剂粘合(RU(BPY)_3),制备了与Belousov-Zhabotinsky(BZ)相连的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPA)凝胶。发现BZ反应中的化学振荡诱导凝胶的周期性和自动溶胀量变化。在这种新型的凝胶中,相反,PNIPA凝胶的体积变化会影响化学波的传播。通过利用PNIPA凝胶的热驱动体积相变,我们的注意力集中在机械变化对化学波的影响上。化学波的速度和频率随温度的增加而增加,并且在凝胶的体积过渡温度下突然降低。对于波传播至关重要的HBR0_2的扩散受到温度升高的阻碍。 HBRO_2通过低温区域中凝胶网络的扩散与通过受限环境的简单扩散的方式解释了。相反,在高温下,波速的变化不能用简单的扩散理论来解释。这可能是因为反应物浓度的不均匀性和笨重催化剂量的增加阻碍了反应的扩散和速率。对还原剂浓度与氧化剂的浓度比率进行延伸,相反,还原波现出来通常氧化波。观察到的最引人注目的行为是自我复制和还原脉冲波的保存。在先前的动力学中,在传播还原脉冲波消失后,它将其分成两个反向传播的脉冲。在后一种动力学中,逆转脉冲波在正面碰撞时互相消灭,然后重新出现。

项目成果

期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
K.Miyakawa: "Responses of an immobilized-catalyst Belousov-Zabotinskii reaction system to AC electric field"J.Chem.Phys.. 109. 7462-7467 (1998)
K.Miyakawa:“固定催化剂 Belousov-Zabotinskii 反应系统对交流电场的响应”J.Chem.Phys.. 109. 7462-7467 (1998)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Kenji Miyakawa: "Entrainment in coupled salt-water oscillators" Physica D. (発表予定). (1999)
Kenji Miyakawa:“耦合盐水振荡器中的夹带”Physica D.(待提交)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
T.Watanabe: "Coacervation of Elastomeric Polypeptides : Microscopic Observations and Light Scattering Measurements"Peptide Science. 1998. 477-480 (1999)
T.Watanabe:“弹性多肽的凝聚:显微镜观察和光散射测量”肽科学。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
K.Miyakawa, F.Sakamoto, R.Yoshida, E.Kokufuta and T.Yamaguchi: "Chemical waves in self-oscillating gels."Phys.Rev.E. 62. 793-798 (2000)
K.Miyakawa、F.Sakamoto、R.Yoshida、E.Kokufuta 和 T.Yamaguchi:“自振荡凝胶中的化学波。”Phys.Rev.E。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
K.Kaibara: "Liquid-Liquid Phase Separation of Elastomeric Protein-Water System-Microscopic Observations and Light Scattering Measurements-"Biopolymers. 53. 369-379 (2000)
K.Kaibara:“弹性蛋白-水系统的液-液相分离-显微镜观察和光散射测量-”生物聚合物。
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    0
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