ラメラ層を有するゲルを用いた、異方的イオン伝導体および光バイオ電池の設計と創成

使用层状凝胶设计和创建各向异性离子导体和光生物电池

基本信息

批准号：
15F15043
负责人：
グン剣萍
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-11-09 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

当研究室では、柔軟なポリアクリルアミドゲルに人工二分子膜PDGIのラメラ構造体を組み込むことにより鮮やかな構造色を発するPDGI/PAAmゲルを創製しており、本研究ではその更なる機能化に取り組んでいる。本年度はまず、真珠層を模倣し、PDGI/PAAmゲルからの溶媒の除去による強靭化を試みた。真珠層は、主にタンパク質による有機層と主に硬いミネラルによる無機層の積層体であり、非常に破壊に対する抵抗力が高い複合材料である。本PDGI/PAAmゲルはPDGIとPAAmからなる積層構造を有しており、PAAmゲル層を乾燥させることで真珠層に類似の強靭な積層体を得られるのではないかと期待した。PDGI/PAAmを徐々に脱水していくと、含水率60%を境に、引張試験において降伏挙動が見られるようになった。これは、含水率40%を境に物性が変化するPAAmゲルとは異なる挙動である。この異なる含水率における降伏挙動の開始は、PDGI/PAAm界面において、PAAmがPDGIに強く吸着していることから説明可能である。また、溶媒を完全に取り除いたPDGI/PAAmゲルは柔軟かつ強靭であることが予備的に示唆された。これは、乾燥したPAAmゲルが硬くて脆く、簡単に割れてしまうのとは対照的である。今後、乾燥したゲルについて詳細な力学物性などを測定する計画である。次いで、構造色に角度依存性のないPDGI/PAAmゲルを創製した。PDGI/PAAmゲルは層間で反射する光の干渉により鮮やかな構造色を示すが、シート状のゲルの場合、その（干渉する光が感じる）層間隔は観察角度に依存するため、観察角度によって構造色が異なるという欠点があった。そこで本研究では、ゲル内でPDGI二分子膜を多層チューブ状に制御することによって、どの角度から見ても構造色が一様であるPDGI/PAAmゲルの開発に成功した。これは、PDGI層がチューブ状であることにより、光の反射がPDGI層の法線方向に対して対称に発生するからである。

我们的实验室创建了PDGI/PAAM凝胶，通过将人造双层PDGI的层状结构融合到柔性的聚丙烯酰胺凝胶中，从而发出生动的结构颜色，这项研究正在努力进一步使它们功能化。今年，我们首先试图通过从PDGI/PAAM凝胶中去除溶剂来模仿Nacre并加强层。 NACRE是主要由蛋白质和无机层制成的有机层的层压板，主要由硬矿物制成，并且是一种复合材料，对分解具有高度抗性。该PDGI/PAAM凝胶具有由PDGI和PAAM组成的层压结构，我们希望通过干燥PAAM凝胶层，我们可以获得与Nacre相似的强大层压板。随着PDGI/PAAM逐渐脱水，在拉伸试验中观察到屈服行为，从水含量为60％开始。这种行为与PAAM凝胶不同，PAAM凝胶具有物理特性，其水分含量为40％。通过在PDGI/PAAM界面上PAAM对PDGI的强烈吸附，可以解释不同水分含量下的产量行为的开始。还先提示具有完全去除溶剂的PDGI/PAAM凝胶是柔性且坚固的。这与坚硬，脆弱且易于破裂的干paam凝胶形成鲜明对比。将来，将针对干凝胶测量详细的机械性能和其他因素。接下来，创建了不取决于结构色角的PDGI/PAAM凝胶。 PDGI/PAAM凝胶表现出生动的结构颜色，这是由于反射在层之间反射的光线的干扰，但是在类似片状的凝胶的情况下，层之间的间距（通过干扰光得出）取决于观察角，因此结构颜色因观察角而有所不同。因此，在这项研究中，我们通过将凝胶中的PDGI双层膜控制成多层管，成功地开发了具有从任何角度的均匀结构颜色的PDGI/PAAM凝胶。这是因为PDGI层是管状的，导致光反射相对于PDGI层的正常方向对称地发生。