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。

在我们的实验室中，我们通过将人工双层膜 PDGI 的层状结构融入柔性聚丙烯酰胺凝胶中，创造了一种 PDGI/PAAm 凝胶，该凝胶可以发出鲜艳的结构色，在这项研究中，我们将致力于进一步使其功能化。这里。今年，我们首先尝试通过去除溶剂来模仿珍珠母并增强 PDGI/PAAm 凝胶。珍珠层是由主要由蛋白质组成的有机层和主要由硬矿物组成的无机层层压而成，使其成为一种具有极高抗断裂能力的复合材料。这种PDGI/PAAm凝胶具有由PDGI和PAAm组成的层压结构，我们期望通过干燥PAAm凝胶层，我们可以获得类似于珍珠层的坚固层压材料。当PDGI/PAAm逐渐脱水时，当含水量达到60%时，在拉伸试验中观察到屈服行为。这种行为与 PAAm 凝胶不同，PAAm 凝胶的物理性质在含水量为 40% 时发生变化。不同含水量下屈服行为的发生可以通过 PAAm 在 PDGI/PAAm 界面处对 PDGI 的强烈吸附来解释。此外，初步表明，完全除去溶剂的PDGI/PAAm凝胶是柔韧且坚固的。这与干燥的 PAAm 凝胶形成鲜明对比，后者又硬又脆且容易破裂。未来，我们计划测量干燥凝胶的详细机械性能。接下来，我们创建了一种结构颜色不依赖于角度的 PDGI/PAAm 凝胶。 PDGI/PAAm 凝胶由于层间反射光的干涉而呈现出鲜艳的结构色，但对于片状凝胶，层间间距（通过干涉光感知）取决于观察角度，因此结构会根据观察角度而变化。缺点是观察角度不同。在这项研究中，我们通过将凝胶内的PDGI双层膜控制成多层管状，成功开发了一种无论从哪个角度观察都具有均匀结构颜色的PDGI/PAAm凝胶。这是因为PDGI层是管状的，并且光反射相对于PDGI层的法线方向对称地发生。