イオン液体中のポリマーブラシ修飾ナノ粒子の濃度依存性自己組織化のUSAXS分析：[i]濃縮ブラシレジーム

超小角角X線散乱（USAXS）を使用して、ナノ粒子の高次構造をイオン液体（IL）型ポリマー（濃縮ポリマー - ブラシ修飾シリカ粒子; PSIP）の濃縮ブラシを使用して分析しました。ILとPSIPの腫れたシェル層の構造。PSIPとILの均一な混合物は、揮発性溶媒のゆっくりとした蒸発を含む溶媒補償法によって正常に調製され、非常に広範囲の組成物で体系的な研究を可能にしました。混合物のUSAXS画像では、PSIP濃度の関数としての異なる回折パターンが観察されました。適切に低いPSIP濃度では、シェル層とILのコントラストを一致させることにより、Percus-Yevickモデルを使用してUSAXS強度プロファイルを分析し、PSIPのシェルの腫れた構造と「有効直径」を評価しました。この結果は、下の十分に低い圧力の下で、液体/結晶粘度濃度の近くで、研究されたPSIPはコロイド科学の「硬質球」モデルを使用して十分に説明できることを確認しています。しきい値濃度を超えると、PSIPは高次構造を形成します。回折パターンの分析により、PSIP濃度が増加するにつれて、障害からランダムな六角閉鎖パッキングへの構造変化、次に顔中心の立方体への構造変化が明らかになりました。これらの結果は、熱力学的に安定した「硬い」および/または「半柔らかい」コロイド結晶の観点から議論されており、濃縮ポリマーブラシとその構造の腫れた層が重要な役割を果たします。

Using ultra-small angle X-ray scattering (USAXS), we analyzed the higher-order structures of nanoparticles with a concentrated brush of an ionic liquid (IL)-type polymer (concentrated-polymer-brush-modified silica particle; PSiP) in an IL and the structure of the swollen shell layer of PSiP. Homogeneous mixtures of PSiP and IL were successfully prepared by the solvent-casting method involving the slow evaporation of a volatile solvent, which enabled a systematic study over an exceptionally wide range of compositions. Different diffraction patterns as a function of PSiP concentration were observed in the USAXS images of the mixtures. At suitably low PSiP concentrations, the USAXS intensity profile was analyzed using the Percus-Yevick model by matching the contrast between the shell layer and IL, and the swollen structure of the shell and "effective diameter" of the PSiP were evaluated. This result confirms that under sufficiently low pressures below and near the liquid/crystal-threshold concentration, the studied PSiP can be well described using the "hard sphere" model in colloidal science. Above the threshold concentration, the PSiP forms higher-order structures. The analysis of diffraction patterns revealed structural changes from disorder to random hexagonal-closed-packing and then face-centered-cubic as the PSiP concentration increased. These results are discussed in terms of thermodynamically stable "hard" and/or "semi-soft" colloidal crystals, wherein the swollen layer of the concentrated polymer brush and its structure play an important role.