高分子溶液とゲルグループ

Carlos G. Lopez, Atsushi Matsumoto and Amy Q. Shen

高分子電解質は、その骨格にイオン性基を持つ重合体です。極性媒体中では、対イオンが解離し、鎖は同じ電荷を帯びたセグメント間で静電反発を経験します。高分子電解質は生物学的システム（DNA、RNA、ヒアルロン酸など）での重要性や調製品中での広範な存在にもかかわらず、私たちの高分子電解質に関する理解はあまり進んでいません。本論文では、過去80年間の高分子電解質研究の概要を示し、現在の高分子電解質物理学の課題について議論します。

低イオン強度の溶液中では、高分子電解質は高度に伸展した棒状の構造を取ります。塩が加えられると、静電相互作用が徐々にスクリーニングされ、その振る舞いは中性重合体に近づきます。モル質量と追加された塩の濃度に関する回転半径、拡散係数、固有粘度、および第二バイリアル係数のスケーリング則が確立され、実験データが理論的予測と比較されます。スケーリングモデルは、観察される実験的傾向の多くを捉えることができますが、重要な不一致も観察されます。よく理解されていない重要な質問には、1）高分子電解質溶液に塩が添加されたときに起こる棒状から柔軟な遷移、2）溶媒のイオン強度とともにチェーン剛性と排除体積のスケーリング、3）高分子電解質からイオマー領域への遷移、およびより広範な意味での溶液中の高分子電解質の振る舞いにおける双極子力の役割、4）凝集した対イオンの割合が溶媒のイオン強度と誘電率にどのように依存するか、5）濃縮された電解質溶液において適切なスクリーニングが起こるかどうかが含まれます。

Yuna Mizutani, Takaichi Watanabe, Carlos G. Lopez and Tsutomu Ono

イオン液体ゲル、またはイオンゲルは、高いイオン伝導性とCO2吸収で知られていますが、機械強度が低いことに課題があります。この研究は、イオンゲルに粒子（シリカ、TiO2、およびMOF）を取り込むことで、その実用的な応用を向上させることを探求しています。具体的には、異なる形状のアルミナナノ粒子を含むアルミナ/ポリイオン液体ダブルネットワークイオンゲルを使用し、粒子の形状が機械的特性に与える影響を調査しています。その結果、ロッド状のアルミナ/ポリイオン液体ダブルネットワークイオンゲルは球状のものよりも機械的強度が向上しています。繰り返し引張試験では、アルミナネットワークの破壊を通じたエネルギーの吸収が明らかになり、TEM観察からは粒子の形状と機械的強度の変化がアルミナ粒子の集積構造の違いに関連していることが示唆されており、粒子のタイプと形状の両方を変えることでイオンゲルの強度を調整できる可能性が示されています。

Anish Gulati, Michael Jacobs, Carlos G. Lopez, and Andrey V. Dobrynin

この研究では、水中の準希薄領域のポリスチレンスルホン酸ナトリウム溶液の粘度を、存在する重合物と塩の量を考慮して調査しました。粘度を定量化するために、溶液の相関長と単位体積あたりのモノマーの数に基づくスケーリング関係を使用しました。Bパラメータ（Bpe、Bg、Bthの具体的な値を含む）は、帯電モノマーの割合、溶媒の質、重合体鎖の長さ、およびモノマーと溶媒との相互作用などの要因に基づいて決定されました。

これらのBパラメータの値は、モノマー濃度の関数としての正規化された特異粘度の平台から得られました。この分析をもとに、絡み合った溶液領域まで拡張することで、相関ブロブの鎖のパッキング数（P̃e）を決定しました。これにより、ポリイオン液体溶液の静的および動的特性を一意に記述する{Bpe、Bg、Bth、P̃e}のパラメータセットが完成しました。この情報は、状態図を作成し、遊離カウンタイオンの割合を計算し、静電気ブロブのエネルギーを評価し、溶液が絡み合った状態に遷移する濃度を確立するために使用されました。