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目次
 
最近の研究

Tetra-PEGゲルの分子構造。
星と三角が結合してゲルができます。

Tetra-PEGゲルの物性研究(西)

東大工学部の鄭・酒井研で開発されたダイヤモンド型の分子構造を持つゲル(Tetra-PEGゲル)について研究しています。具体的には(i)なぜこのような均一網目が形成されるのか?(ii)この網目に欠陥があった場合に、どれくらい強度が落ちるのか?(iii)その欠陥の様子を中性子散乱で観測できるのか?といった課題に対して理論・シミュレーション・実験を組み合わせて研究を行うことで、普通のゲルが力学的に弱い原因や強くするための方法を提案しています。

K. Nishi et al., Macromolecules, 2014, 47, 1801; K. Nishi et al., J. Chem. Phys., 2012, 137, 224903-1; K. Nishi et al., Macromolecules, 2012, 45, 1031

Tetra-PEGのゲル化過程。

プローブ粒子を加え、ゲル化点近傍の

粒子の振る舞いを観測します。

ゲル化点近傍でのプローブ粒子の動的挙動(渡辺)

ゲル内部での物質拡散の応用として、薬剤の徐放、電気泳動法やサイズ排除クロマトグラフィーなど多数挙げられますが、物質がゲル内部において、どのように振舞っているのかは未だに詳しくは明らかになっていません。ゲル化点からゲル化後までの粒子の挙動を動的光散乱(DLS)で観測し、評価することで、ゲル内部の物質拡散の解明に挑んでいます。

Mitsuhiro,Shibayama&Yoshinori,Isaka (1999). Dynamics of Probe Particles in Polymer

Solutions and Gels. Macromolecules, 32, 7086-7092

熱硬化性樹脂の構造解析 (中尾・和泉・首藤)

 住友ベークライトとの共同研究

フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂は、加熱により架橋し三次元的なアモルファス網目構造を形成します。 これらは耐熱性・機械特性さらに化学的安定性に優れているので、従来からエネルギー・半導体・輸送など高い信頼性が要求される分野に於いては必須の材料であり、さらなる信頼性が求められています。 しかしその合成過程ではゲル化を経由しまた最終的には高架橋密度の固体として利用されるので、構造が未だ良く判っていません。 我々はこの実用上重要な樹脂の架橋体構造を形成過程も含め、中性子などの散乱解析を中心に、分子動力学シミュレーション、確率過程による理論解析の3本柱で探索し、一段と信頼性の高い樹脂の開発することを目指しています。

熱安定性と高強度を両立した
Tetra-PEGイオンゲル

イオン液体を溶媒とするTetra-PEGゲルの開発、構造・物性研究(橋本)
 山口大 藤井研究室との共同研究
イオン液体は有機カチオンと無機アニオンからなり、不揮発性、難燃性、熱安定性に優れた新たな溶媒として注目を集めています。 私たちは四つ又ポリエチレングリコール(Tetra-PEG)をイオン液体中でゲル化させることで、架橋点の均一分散を実現し、圧縮破断強度18 MPaという高強度と導電性・二酸化炭素吸収選択性といったイオン液体の溶媒特性を兼ね備えたTetra-PEGイオンゲルを開発することに成功しました。 通常、自立するゲルを得るために20~50 wt%の高分子濃度が必要となるイオンゲルにおいて、3 wt%という極端に低い高分子濃度で圧縮・引張に耐えうる力学強度を持つイオンゲルは全く新しい材料と言えます。 現在は、この高強度イオンゲルを燃料電池電解質・二酸化炭素分離膜へ適用するための応用研究及びイオン液体中のゲル化反応・溶媒和構造の解析を行っています。
K.Fujii et al., Chem. Lett., 2015, 44, 17-19 ; K. Hashimoto et al. J. Phys. Chem. B, 2015, 119, 4795-4801

常温のイオン液体にろ紙が溶解する様子

イオン液体中でのセルロースの溶媒和(廣澤)

 山口大 藤井研究室との共同研究

樹木の主成分であるセルロースはバイオマスエネルギー源として期待されている物質ですが、水や有機溶媒への溶解性に乏しいことからバイオマス変換プロセスにおいてエネルギー効率が悪いこと、環境への負荷が大きいことが問題視されていました。 近年、ある種のイオン液体が室温下で迅速にセルロースを溶解することが報告され、新しいセルロース溶剤として注目を浴びています。 現在私は、イオン液体中に溶解したセルロースの構造解析を行っています。 小角中性子・X線散乱、動的光散乱、高エネルギーX線回折といった散乱実験を駆使して、イオン – 高分子間のミクロな溶媒和構造、セルロース鎖全体の形態、凝集構造などといった構造情報を抽出し、セルロースの溶解機構を構造化学的視点から明らかにすることを目的として研究を行っています。

 
これまでの研究アーカイブ
  • 燃料電池電極用触媒インクの構造解析(トヨタ自動車との共同研究)

  • 顕微動的光散乱の開発と応用研究

  • 親油性高分子電解質ゲルの構造解析(北大佐田研との共同研究)

  • 高分子型界面活性剤によるビタミンE分散体の構造に関する研究(太陽化学との共同研究)

  • 三鎖型界面活性剤会合体の構造解析(奈良女子大学吉村研との共同研究)

  • ナノコンポジットゲルの構造、変形挙動、ダイナミクス(川村理研・原口研、JAEA遠藤博士との共同研究)

  • 熱硬化性樹脂の構造解析(住友ベークライトとの共同研究)

  • 燃料電池材料の研究(トヨタ自動車との共同研究)

  • 皮膚、毛髪の構造解析(花王との共同研究)

  • 環動ゲルのコントラスト変調中性子スピンエコー(Julich, Richter教授グループ、新領域伊藤研、JAEA遠藤博士との共同研究)

  • 中性子散乱コントラスト変調法をつかったソフトマターの精密構造解析

  • 水/有機溶媒/塩混合溶液系の秩序構造(KEK瀬戸グループとの共同研究)

  • 環動ゲルの構造、変形挙動、ダイナミクス(東大新領域・伊藤研との共同研究)

  • 荷電分布の異なる弱荷電ゲルの構造解析と膨潤挙動

  • イオン液体中でのゲルや微粒子のダイナミクス(横浜国大・渡辺研との共同研究)

  • 臨界二酸化炭素中における高分子の構造とその膨潤挙動(東大新領域・横山グループとの共同研究)

  • 界面活性剤を用いた摩擦損失低減効果の解明(神戸大・竹中グループとの共同研究)

  • 溶媒和効果による水/有機溶媒系の秩序形成

  • 中性子散乱における非干渉性散乱の理論的研究

  • 天然ゴムの不均一性(京都工芸繊維大学池田グループとの共同研究)

  • ポリグルタミン酸の構造とダイナミクス(サントリーとの共同研究)

  • イオン性ゲル化剤(産総研・吉田グループとの共同研究)

  • ダイラタンシーゲル(花王との共同研究)

  • 花王と微細化エマルションについての共同研究を実施しております。>>詳しくはこちら

  • 分子シャペロンの構造解析(東京医科歯科大学、秋吉グループとの共同研究)

  • ポリオレフィンの構造解析(住友化学との共同研究)

  • ブロック共重合体水溶液の圧力誘起ミクロ相分離(阪大・青島研との共同研究)

  • 熱敏感型―親水性ブロック共重合体の水溶液の構造転移(阪大・青島研との共同研究)

  • グラジエント共重合体の相分離(阪大・青島研との共同研究)

  • 疎水性側鎖をもつハイドロゲルの膨潤、微細構造、運動性の研究

  • ガンマ線架橋ゲルと化学架橋ゲルの構造と物性の研究

  • 高圧下でのゲルの挙動についての研究

  • 圧力誘起相分離、体積相転移などの実験的研究

  • 環動ゲルの構造(とくに延伸下でのゲルの挙動)とダイナミクス

  • ゲル化剤の研究(信州大英先生との共同研究)

  • マイクロエマルション

  • ゲマルション(ゲル中のエマルション)

 

受賞

  • ​菅原誠也 Best Student Paper Award 2016年10月28日 国際ゴム技術会議

  • 中尾俊夫 功労賞 2016年10月20日 第40回 合成樹脂工業協会賞 

  • 首藤靖幸 ベストプレゼンテーション賞 2016年10月20日 第66回ネットワークポリマー講演討論会(千葉大学)

  • 廣澤和 優秀ポスター賞 2016年5月27日 第65回高分子学会年次大会

  • 渡辺延幸 優秀ポスター賞 2016年5月27日 第65回高分子学会年次大会

  • 渡辺延幸  ポスター賞 2016年3月5日 関東高分子若手研究会2015年度論文発表会

  • 渡辺延幸 ポスター賞(RSC Soft Matter)2016年1月19日 第27回高分子ゲル研究討論会 

  • 廣澤和  最優秀ポスター賞 2015年12月10日 日本中性子科学会第15回年会

  • 柴山充弘教授 中性子科学会学会賞 2014年12月11日 日本中性子科学会第14回年会

  • 栃岡沙希 ポスター賞 2014年12月11日 日本中性子科学会第14回年会

  • 首藤靖幸 ポスター賞 2014年11月5日 国際会議PNandG2014

  • 西健吾 ポスター賞 2014年11月5日 国際会議PNandG2014

  • 廣井卓思 優秀演題賞 2014年1月23日 第25回高分子学会ゲル研究討論会

  • 和泉篤士 第37回合成樹脂工業協会学術奨励賞 2013年10月22日

  • 草野巧巳 ポスター賞 2013年10月11日 第36回溶液化学シンポジウム

  • 藤井健太助教 平成25年度溶液化学研究会奨励賞 2013年10月11日 第36回溶液化学シンポジウム

  • 浅井華子 東京大学新領域創成科学研究科長賞学生奨励賞 2013年3月22日

  • 草野巧巳 学生奨励賞 2013年3月15日 第1回物構研サイエンスフェスタ(つくば国際会議場)

  • 柴山充弘教授 第17回日本物理学会論文賞受賞 2012年3月 "A Periodic Structure in a Mixture of D2O/3-Methylpyridine/NaBPh4 Induced by Solvation Effect", K. Sadakane, H. Seto, H. Endo, and M. Shibayama, J. Phys. Soc. Jpn., J. Phys. Soc. Jpn. , Vol.76, No.11, 113602 (2007) 

  • 浅井華子, ポスター賞, 2009年1月 第23回高分子ゲル研究討論会 

  • 浅井華子 ポスター賞 2011年11月24日 1st AOCNS(第1回アジアオセアニア中性子散乱会議)(Tsukuba)

  • 和泉篤士 ベストプレゼンテーション賞 2011年10月14日 ネットワークポリマー講演討論会(関西大学)

  • 草野巧巳 ポスター賞 2011年9月9日 日本化学会第63回コロイドおよび界面化学討論会(京都大学) 

  • 柴山充弘教授 高分子学会賞受賞 2010年5月 中性子散乱による高分子ゲルの精密構造解析 詳細はこちら

  • 野本祐作 若手優秀発表賞 2010年12月3日日本ゴム協会 第22回エラストマー討論会

  • 松永拓郎 ポスター賞 2010年1月 第21回高分子ゲル研究討論会

  • Takuro Matsunaga, Oct. 20-23, 2009, Poster Award, The 1st FAPS Congress Federation of Asia Polymer Science

  • 竹田麻希子 ポスター賞 2009年9月 第3回ソフトマター物理若手勉強会 

  • 藤井健太 ポスター賞 2009年8月 31st International Conference on Solution Chemistry, Innsbruck, Austria

  • 杉村亜寿美 ポスター賞 2009年1月 高分子学会ゲル研究討論会

  • 柴山充弘 遠藤仁 CERI最優秀発表論文賞 2008年5月 日本ゴム協会

  • 大坂昇 ポスター賞 2008年1月 高分子学会ゲル研究討論会

  • Hitoshi Endo, Feb. 23, 2007, Poster Award, The 7th Japan-Korea Meeting on Neutron Scattering

  • Noboru Osaka, Feb. 23, 2007, Poster Award, The 7th Japan-Korea Meeting on Neutron Scattering

  • 宮崎翔 修士論文優秀賞 2007年2月 新領域創成科学研究科物質専攻修士論文発表会

  • 大坂昇 優秀講演発表賞 2006年2月 新領域創成科学研究科物質専攻修士論文発表会

  • 鈴木拓也 ポスター賞 2006年1月 高分子学会ゲル研究討論会

  • 長尾道弘助手 第3回中性子科学会奨励賞 2005年11月

  • 柴山充弘教授 2005年3月 日本化学会学術賞 詳細はこちらをご覧下さい。

  • 布施千絵子 優秀講演発表賞 2004年3月 新領域創成科学研究科物質専攻修士論文発表会

  • 布施千絵子 ポスター賞 2004年1月 高分子学会ゲル研究討論会

  • 岡部哲士 ポスター賞 2003年12月 日本中性子科学会第3回年会

  • 岡部哲士 ポスター賞 2003年11月 物性研国際ワークショップ ゲルシンポ2003

  • 柴山充弘教授 高分子学会Wiley科学賞 2000年9月 高分子学会

  • 柴山充弘教授 繊維学会櫻田武記念賞 1991年6月 繊維学会