ソフトマター物理の基礎と環動高分子(第52回物性若手夏の学校(2007年度),講義ノート)

Abstract

高分子、液晶、分子膜、生体分子などの分子性物質あるいはコロイドや粉体など構成要素のサイズが比較的大きな物質系はソフトマターと呼ばれ、外部環境の変化に応じて集合し多彩なメソスケールの高次構造(超分子構造)を自発的に形成する点に特徴がある.超分子構造の中には、ミセルや生体膜のラメラ(積層)構造のような比較的単純なものから、チュープやらせんまたはテトラポッドのような複雑な形態の高次構造、さらには生体組織のようなより複雑で階層的な構造まで様々なものが存在する。しかもその構造全体が空間的にも時間的にも大きく揺らいでいるため、わずかな刺激により多彩な構造相転移あるいは物性の劇的変化が引き起こされる。このためソフトマターは、物性物理の新しい研究対象として、国内外で大きな注目を現在集めている。最近、我々の研究室で発見された環動高分子と呼ばれる新しいソフトマターは、架橋点が自由に動き滑車のように振舞う点に特徴があり、これまでの架橋点が固定された高分子とは大きく異なる構造と物性を示す。環動高分子の構造は、高分子の絡み合い効果をモデル化したスリップリンクモデルとよく類似しているが、その力学特性は、高分子の絡み合いによる特徴とも大きく異なっており、スリップリンクモデルでは定性的に説明ができない。したがって環動高分子は、ソフトマター物理における新しい研究分野を形成しつつあるという点で基礎的および学術的意義があるだけではなく、その産業分野への応用が急速に進んでいるという点で社会的な波及効果もきわめて大きい。また、本概念の応用を促進するために、ベンチャー企業も設立された。本稿では、ソフトマターについてまず簡単に紹介し、次に環動高分子の構造と物性について詳しく述べる。