复合材料では、异种材料间でのナノレベルの结合が重要です。例えば、自动车用のタイヤでは、ゴム材料の性能を高めるためにシリカナノ粒子を添加しています。その际、ゴム材料とシリカナノ粒子の结合を强くするためにカップリング剤も添加します。このカップリング剤がゴム材料とシリカナノ粒子の异种材料间でどのように机能しているかを知るためには、异种材料の界面をよく観测する必要があります。
しかし、电子顕微镜や齿线、中性子线を使用した従来の手法では、ゴムとシリカの界面でカップリング剤がどのように机能しているかを调べることはできません。
そこで、竹中幹人 化学研究所教授、熊田高之 日本原子力研究開発機構研究主幹、西辻祥太郎 山形大学准教授、阿久津和宏 総合科学研究機構副主任技師、鳥飼直也 三重大学教授、網野直也 横浜ゴム株式会社理事らの共同研究グループは、開発したばかりの「スピンコントラスト変調中性子反射率法」を用いました。本手法により、ゴム材料とシリカナノ粒子の界面にカップリング剤が単分子層を形成していることを観測できました。またカップリング剤層の構造や組成から、カップリング剤とゴム材料との相互浸透がゴムとシリカの結合の要となることを明らかにしました。
本成果を応用することで、今后は耐摩耗性が大幅に改良されたタイヤが开発されることが期待されます。また本手法を用いてさまざまな复合材料における界面状态を决定することで、それぞれの分野の材料开発に贡献していくことも期待されます。
本研究成果は、2024年5月16日に、国際学術誌「The Journal of Physical Chemistry C」にオンライン掲載されました。
【顿翱滨】
【书誌情报】
Takayuki Kumada, Daisuke Iwahara, Shotaro Nishitsuji, Kazuhiro Akutsu-Suyama, Daisuke Miura, Ryuhei Motokawa, Tsuyoshi Sugita, Naoya Torikai, Naoya Amino, Takayuki Oku, and Mikihito Takenaka (2024). Interpenetration of Rubber and Silane Coupling Agent on an Inorganic Substrate Revealed by Spin-Contrast-Variation Neutron Reflectivity. The Journal of Physical Chemistry C, 128, 21, 8797–8802.
