ミクロ相分離という用語は相律に違反

令和元年(2019年)8月2日
信州上田之住人　太田和親

私は、以前より液晶学会でミクロ相分離という用語は、相律に違反するので、用いない方がいいと言って来ました。その根拠を下に書きます。御一読いただければ幸いです。

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パラメーターを以下のように定義する。　F ：系の自由度(示強制変数の数)、C：成分の数、P：相の数、このとき

F=C-P+2

の式が普遍的に成り立ち、これを相律という。

相律は普遍的に成り立つので、例外はない。2000年あたりから、高分子共重合体や水、 油 、界面活性剤混合系などで形成される数十nm~ 百nmの熱平衡周期構造が、ミクロ相分離構造と呼ばれるようになってきている。しかしながら、この用語は、一つの相の中でミクロ相分離しているとの表現になっており、明らかに相律違反になっている。

高分子共重合体や水、 油 、界面活性剤混合系などの熱平衡周期構造は、 温度や組成比に応じて、 ラメラ構造、 ヘキサゴナルシリンダー構造、 球の体心立方格子 (BCC) 構造、 ジャイロイ ド構造などを取る。これらの構造体は、それぞれ、液晶の研究分野で厳密に定義される純粋な1つの相、スメクチック(ラメラ)相、ヘキサゴナルカラムナー相、キュービック相、ジャロイド構造のキュービック相などと、全く等価な相構造を形成している。したがって、高分子共重合体や界面活性剤の研究分野の人たちがミクロ相分離構造と称しているものは、液晶の研究分野で言っている液晶相と全く同じものである。これらのミクロ相分離構造は他の構造体間で熱平衡にある 。つまり相の間でお互いに相転移する。したがって、液晶相と同様1相であり、相律上、2相に分離しているわけではない。にもかかわらず、この用語は、一つの相の中でミクロ相分離しているとの表現になっており、明らかに相律に違反して不適切である。

“Microphase separation” violates phase rule (English Translation)

August 2, 2019
Kazuchika Ohta

I used to claim in the liquid crystal society that it is better to not use the term “microphase separation” because it violates phase law. I will write here the reason below. If you will read the following description, I greatly appreciate.

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When setting parameters as follows, F: the degree of freedom of the system (the number of intensive variables), C: the number of components, P: the number of phases,

F=C-P+2

which is called as phase rule. This rule holds universally without exception. Since intensive variables determine the state of the system, three parameters of temperature, pressure, and component composition are enough for the consideration.

There is no exception because phase rule is universal. Several tens of nm to one hundred nm of a thermal equilibrium periodic structure is formed by copolymer, water, oil, mixed surfactant system, etc., and it has been called a microphase separation structure since around 2000. However, this term claims that microphase separation occurs in one phase, so that it clearly violates phase rule.

Depending on the temperature and composition ratio, the thermal equilibrium periodic structure of copolymer, water, oil and mixed surfactant systems, shows lamellar, hexagonal cylinder, body-centered cubic (BCC), and gyroid structures. These structures are completely equivalent to the pure liquid crystalline phases of smectic (lamella), hexagonal columnar, cubic, gyroid structures. These liquid crystal phases are well and strictly defined in the research field of liquid crystals. Therefore, the thermal equilibrium periodic structures which are claimed by the researchers in the copolymer and surfactant fields are exactly the same as the liquid crystal phase structures in the liquid crystal research field. Each periodic structure is in thermal equilibrium between other structures. In other words, phase transition can occur between these phases. Therefore, the thermal equilibrium periodic structure must coincide with a single phase as the same as the liquid crystal phase, so that it should not be separated into two phases in a phase, strictly judging from the viewpoint of phase rule. Nevertheless, this term claims that microphase separation would occur in one phase, which obviously violates universal phase rule.

There is no exception for phase rule. Hence, the term of microphase separation should be corrected to microlayer separation, consistently with universal phase rule.

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