SPring-879
NEWS
2 0 1 5 .３

結合しやすい結合しにくい液体ビー玉の結合実験
疎水性の粒子で覆われた２つの水溶液のビー玉は、水溶液の性質によって、結合したりしなかったりする。

研究成果・トピックス「こんなものがあったらいいな」を実現するソフトマテリアル

SPring-8の利用をご検討中の皆様へ
SPring-8を支える技術
微小角入射X線回折について
X線分光器

SPring-8 News アドレス
http://www.spring8.or.jp/ja/sp8news

登録施設利用促進機関
公益財団法人 高輝度光科学研究センター(JASRI)
独立行政法人 理化学研究所（RIKEN）

お知らせ・行事報告
第23回 SPring-8 施設公開のお知らせ
研究者インタビューのお知らせ！
SPring-8/SACLAコンファレンス2014開催報告

「こんなものがあったらいいな」を実現する
ソフトマテリアル
でも、湯を入れられるものと入世界はさまざまな物質であふれている

れられないものがあるように、硬かったり軟らかかったり、質をもっています。

物質によってそれぞれ特有の性水をはじくってどういうこと？
����撥水 性（水をはじく性質）と伸びたり縮んだり、表面がツル高原さんは、この特有の性質

聞いて、テフロン加工®のフラツルだったりザラザラだったは物質の分子レベルの微細構造

イパンや、ハスの葉の表面を水り････この世界には、実にさまによって決まっていると考えてが玉になって転がる様子を思いざまな性質を示す物質が存在しおり、特に「表面の微細構造と出す人は多いことでしょう。でていて、それらが私たちの生活表面の性質にどのような関係がは、どうしてこれらの表面は、を便利にしています。そのうち、あるのか」を探る研究を進めて水をはじくのでしょうか。

金属やセラミックスのように硬います。そして、明らかになっ2003年頃、ある企業から高いものを“ハードマテリアル”、た微細構造を材料の分子レベル原さんのもとに、「ポリフルオロそれ以外の割と軟らかいものをからの設計に応用して新しいソアルキルアクリレート （PFA-“ソフトマテリアル”と呼んでいフトマテリアルをつくり出そう

Cy：yは枝のフルオロアルキルます。としているのです。

基の炭素の数）が、どうして水「このゴムも繊維も紙もプラスをはじくのか調べてほしい」とチックも、みんなソフトマテリいう依頼がありました。撥水用

アルです。その多くは、小さな分子がたくさんつながったポリマー（高分子）からできていて、エチレン分子がつながったものをポリエチレン、スチレン分子がつながったものをポリスチレンと呼ぶんです」と話すのは、九州大学先導物質化学研究所主幹教授の高原淳さん。ソフトマ
テリアルについて解説するとき、高原さんはいつも、道具箱の中からいろいろなものを取り出して見せているそうです。
軟らかいことが特徴のソフトマテリアルですが、同じように図1．GIWAXDで明らかになったポリフルオロアルキルアクリレート膜の構造。
側鎖の炭素（C）の鎖の長さが８個のとき、層構造をつくりながら、同時に各層が六方晶のような結晶になっている。この構造によって、高い撥水性が現れる。

見えるプラスチック製のコップ
この記事は、九州大学先導物質化学研究所の高原淳主幹教授にインタビューして構成しました。

2

のコーティング剤として広く使グ剤の設計に応用されています。

コヒーレントX線をポリマー

わ れ て い る PFA-Cyは 、 炭 素 原子でできた長い主鎖から、フッした。
ブラシに照射すると、スペック素原子を含む側鎖がいくつも伸表面構造の“動き”を見るびた構造をしています。

「温度を上げると膨らんで、温す。この模様は分子の動きに合「現在知られている物質の中で度を下げると縮むような高分子わせて変化します。この性質をもっとも撥水性が高いのは、トのヒゲをつくりました」と高原利用して高原さんは、ポリマーリフルオロメチル基（-CF3）なさ ん （ 図 2）。“ 高 分 子 の ヒ ゲ ”

ブラシの動きを解明しようとしん で す 。 PFA-Cyは 、 そ の 末 端とは、物体表面にたくさんのポています。「世界的にもまだ始まルパターンという模様が現れまにある-CF3までの間に炭素原子リマーを生やしたもののことで、ったばかりの研究です。高いテがいくつあるかで、撥水性の程「ポリマーブラシ」などともいわクニックが必要とされるので、度が変わってきます」。つまり、れます。

国内では私のグループとほかにこのポリマーブラシを図2の２グループしかできません。観ように湯に浸けると、ポリマー測可能な時間間隔の限界がミリ

そこで高原さんは、PFA-Cyは膨らみ絡まりあっていたポリ秒（1000分の1秒）とまだ遅くが塗られた表面に、SPring-8のマーがほどけます。湯から出して、分子レベルの構造の速い変BL13XUを使って、微小角入射て温度が下がると、ポリマーは化を追うことが難しいです」。ま

広角X線回折（GIWAXD）を行い縮みます。この性質を利用するだ課題はありますが、近年のコました。この手法では、微結晶と、ポリマーブラシを生やした

ヒーレントX線散乱測定技術のの大きさや結晶の乱れが観測で物体どうしをくっつけたり（接向上によって、分子構造の時間きます。その結果、側鎖の炭素着）、はがしたり（剥離）できる変化がとらえられるようになってきているのです。

側鎖の長さが撥水性を左右するのです。

���が８個以上のとき、層構造をつのです。これを応用した材料をくりながら、同時に各層が六方つくろうとしたとき、ポリマー晶のような結晶なっていることの伸縮にあまり時間がかかるよがわかりました（図1）。この構

うでは不便です。そこで高原さ造によって、高い撥水性が現れんは、SPring-8のコヒーレント

アリマキが自分の排泄物におぼれない理由ていたのです。この成果は、すX線を利用して、ポリマーブラ

高原さんの構造研究は、生きでに表面撥水・撥油コーティン

シの構造の時間変化を観察しま物のもつ能力にも及んでいます。
例えば、“液体ビー玉”の研究を行っています。液体ビー玉とは、疎水性の粒子に覆われた球形の液体のことで、アリマキ（アブラムシ）の排泄物（甘い汁）をまねてつくりました。
アリマキは液体ビー玉をどのようにつくっているのでしょうか。ある種のアリ
マキは植物の葉に虫こぶをつくり、ここを巣にしています。巣内の壁は排泄物で図2．ポリマーブラシによる接着・剥離の現象とポリマーブラシの分子構造式。
物体表面にヒゲのように生やした高分子「ポリマーブラシ」は、湯に浸けて温度が上がると脹らみ、湯から出して温度が下がると縮む。この性質を利用すると、温度の変化によって物体の接着（右）と剥離（左）を繰り返すことができる。

3

水浸しにならないように、ワックスのような疎水性の粒子が塗られています。このワックス粒子は水をはじく力

アリマキは巣内でも巣外でも自ろな液体を入れ、液体ビー玉どが極めて高いために、排泄物は分の排泄物でおぼれることはあうしを結合させる実験を繰り返球状になり、そのまま外へと運りません。これが液体ビー玉でしました（表紙）。そして、結合すび出されます。この過程で排泄す（図3）。

る様子を、SPring-8のビームラ

物表面にワックス粒子が吸着すこの液体ビー玉を面白いと感インBL20XUのX線CTを使ってるので、外に運び出された後もじた高原さんは、疎水性の粒子詳しく観察したのです。観察結球状を保っています。こうして、を人工的につくり、中にいろい果から液体の種類によって微粒子の間隙へのしみ込みやすさが異なり、液体ビー玉の力学的な安定性が異なることが明らかになりました。「何に応用できるか、いろいろな可能性があると思うんです」。今までにない物質の登場が、まったく新しい製品を生み出すと考えると、液体ビー玉

図3．液体ビー玉どうしが結合する様子をSPring-8のビームラインBL20XUのX線CTスキャンによって観察した。
X線CTスキャンでは、X線が物質を透過する際の「透過しやすさ」「吸収されやすさ」の違いを利用して、サンプルの内部構造を非破壊で調べることが出来ます。

column

コラムの研究が今後どのように展開していくか楽しみです。

この世界に興味は尽きません。

「新しもの好きなんですよ」と話す高原さんは、まず、知らない場所へ行くのが何よりも好きです。すでに、日本国内では行ったことのない都道府県はありません。そして、行く先々で、必ず新しいものを見つけてきます。外に出かければ、風景を楽しみ、昆虫や植物を観察し、その不思議に驚いています。
特に、科学オモチャ探しは習慣になっています。
「この砂は、水を使わなくても湿った感じになって、まとまるので、部屋を汚さずに遊ぶことができます。
砂が、高分子でコーティングされているんですね」。
何と、ここにもソフトマテリアルが使われています。
こうして好きなことをしながらも、研究のヒントを得ているのです。
大好きな科学おもちゃに囲まれて。

文：サイテック・コミュニケーションズ 池田亜希子

4

S P r i n g - 8 の 利 用 を

微小角入射X線回折について

ご 検討「研究成果・トピックス」でソフトマテリアルの表面を観測した中の皆様へ

手法は、微小角入射広角X線回折測定法（GIWAXD）と呼ばれます。
これはX線を試料に非常に浅い角度（0.1°程度）で入射し、表面（深さ数nm）からの散乱・回折像を測定することで、試料表面の構造解析を行う手法です。X線に対する薄膜試料の角度を変えることにより、表面のほか内部の構造を調べることも出来ます。
SPring-8では、BL13XU，BL03XU，BL40B2，BL45XU，
BL46XUでこの構造評価法を用いた精密構造解析がなされ、無機・金属材料の他、ソフトマテリアル材料の表面構造評価がなされています。また、二次元検出器を用いた測定が行われており、さらにはサブnmの構造評価を行う
GIWAXD以外にも、表面におけるnm〜数十nmの構造評価を行う微小角入射小角X線散乱測定法（GISAXS）も可能です。また、薄膜以外の形状のソフトマテリアルの階層構造評価を行うために、今回紹介した微小角入射散乱・回折法の他、透過型散乱法などを組み合わせた測定も可能です。
SPring-8の利用事例や相談窓口については、こちらをご覧下さい。

http://www.spring8.or.jp/ja/science/

微小角入射X線回折装置（BL13XU）。試料を入射X線に対してすれすれ（0.1°程度）になるように調整し、そこから散乱（回折）するX線を検出器を用いて取得する装置。

S P r i n g - 8 を第12回：X線分光器支える技術

雨上がりの虹を想像してください。日光が水滴で反射します。屈折率の違い
で色ごとに反射の方向がずれて七色に分かれます。色の違いは波長の違いです。光を波長によって分けることを「分光」といいます。X線の波長は可視光の一万分の一位で、結晶内の原子の間隔と同程度です。原子の並びがほぼ完璧な結晶に特定の角度でX線を当てると、各原子で散乱されたX線が同調して、角度に応じた波長のX線だけを反射します（これをブラッグ反射と呼びます）。
SPring-8の分光器には、結晶の角度を調整するために分解能0.01秒角の回転ステージが組み込まれています（注）。
分光されなかった残りのX線はほとんど熱として結晶に吸収されます。SPring-8の放射光は非常に強いので、熱によって結晶の原子の並びが崩れないように液体窒素で冷却します。液体窒素を流すときの振動も抑えないと上手く機能しません。放射光実験のほとんどは、こうして分光されたX線を使って行われます。
（注）SPring-8から大阪駅まで長さ100 kmの棒を渡してSPring-8側を支点に0.01秒角持ち上げると、大阪側で持ち上がる量はわずか5 mmです。
（光源・光学系部門山崎裕史）

5

第23回SPring-8施設公開のお知らせ
SPring-8、SACLAをはじめとする敷地内の各施設・装置の公開や研究成果紹介、科学講演会、光科学に関する実験・実演など、施設をより身近に感じていただけるイベントを企画しております。
みなさまのご来場を心よりお待ちしております。

■開催日時

2015年４月26日（日）9:30〜16:30※雨天決行です。
※受付は15:30までです。
※車でのご来場は近隣の特設駐車場をご利用下さい。

■予約不要・入場無料■公開施設 大 型 放 射 光 施 設 S P r i n g - 8 ／ X 線 自 由 電 子 レ ー ザ ー 施 設
SACLA／兵庫県立大学ニュースバル放射光施設／放射光ナノテ
クセンター／放射光普及棟■イベント 科学講演会／科学実演・工作・体験／研究成果紹介／見学ツアー／装置公開／三日月郵便局臨時出張所※参加人数に限りがあるイベントがあります。
（事前予約不可）

最新の情報は、施設公開ホームページをご覧ください！
http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/events/open_sp815/

光 のひろば からのhttp://commune.spring8.or.jp/

研究者インタビューのお知らせ！

次回の研究者インタビューは、岡山市立オリエント美術館の四角隆二さんに、「古代ガラスの謎にせまる」をテーマにお話をお伺いしました。
古代（ササン朝）ガラス器の詳細な製造時期や製造場所を分類されている四角さん。
古代からのメッセージでもある美術工芸品について、SPring-8の放射光を利用して、試料を壊さずに、今まで誰も分からなかったメッセージを読み解いているようです。
インタビューでは、放射光を用いて明らかになったことや将来の可能性についてもお伺いしました。４月公開予定。お楽しみに。

お 知 らせ岡山市立オリエント美術館 四角 隆二氏

SPring-8/SACLAコンファレンス2014開催報告
2014年12月1日（月）、JPタワー ホール＆カンファレンスにおいて、『SPring-8/SACLAコンファレンス2014 〜進化する光が拓く科学技術〜』を開催しました。コンファレンスは、登録施設利用促進機関である高輝度光科学研究センター（JASRI）が、先端放射光とX線自由電子レーザーの利用研究拡大・進化、新たな利用研究開拓の場として開催しました。講演では、産官学から講師をお招きし、幅広い利用分野の成果を御紹介いただきました。今回は、次期放射光光源、並びに、X線自由電子レーザー施設SACLAのセッションも設け、今後の高エネルギー光科学の展望について議論する場としました。また、大学院生が実験責任者となる「萌芽的研究支援課題」の中から、自主性と独創性に特に優れた課題に授与される萌芽的研究アワードの授賞式と受賞講演も行われました。各セッションでは、より先端的な利用成果を生むための計測基盤の開発動向や利用システムの紹介も行い、今後の利活用に向けた活発な議論が交わされました。
（実行委員会）
ポスター会場

SPring-8 News
公益財団法人 高輝度光科学研究センター

No.79 2015.３発行
SPring-8 Document D2015-005

兵庫県佐用郡佐用町光都1丁目1番1号
http://www.spring8.or.jp/

6