Direct observation of the dynamics of segmental motion for polymer chain isolated on the solid interface
| Project/Area Number |
22K20537
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0501:Physical chemistry, functional solid state chemistry, organic chemistry, polymers, organic materials, biomolecular chemistry, and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
盛満 裕真 九州大学, 工学研究院, 助教 (60961696)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 固体界面 / セグメント運動 / ダイナミクス / 原子間力顕微鏡 / 吸着・接着 / 孤立鎖 / 高分子 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究課題では、固体基板上に種々の高分子の孤立鎖を調製し、AFMに基づき、その分子鎖形態の時間依存および温度依存性を直接観察する。Differential Dynamic Microscopy (DDM) 法をはじめとする種々の画像解析に基づき、各空間スケールにて、緩和時間を抽出する。温度依存を検討することで緩和マップを作成し、バルクや表面、界面におけるセグメント運動の緩和マップと比較し、ダイナミクスを議論する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子鎖のセグメント運動は、ガラス転移温度(Tg)など高分子材料の物性を決定する因子の一つである。これまで、セグメント運動は、凝集体内における周囲の分子鎖との協同運動と共に観測され議論されてきた。つまり、凝集状態の影響がセグメント運動の議論に介在し一本鎖のセグメント運動の描像やダイナミクスは未解明である。
本課題では、原子間力顕微鏡を用いて、基板上の孤立高分子鎖を直接観察し、画像処理・数値解析に基づき、一本鎖のセグメント運動の視覚的に捉え、ダイナミクスを解明する。界面やバルクにおける分子鎖運動性との相関を議論し階層的な高分子構造物性の理解を目指す。ランダム共重合体など一次構造やシークエンスが異なる高分子を検討し、鎖上のセグメント運動の分布を可視化、バルクの物性との相関や側鎖の効果などを議論する。得られる成果は高分子の階層的構造物性の明快でシームレスな理解と高強度高機能性高分子材料の新規設計指針の創生に貢献すると考えられる。
令和４年度は、当初の目的に従って、固体基板上における孤立高分子鎖形態を直接観察方法と解析方法の確立を行った。清浄な環境でSi(111)基板の洗浄とエッチング処理を行うことで、原子的に平滑なSiステップ基板を調製した。スピンコート法に基づき、ステップ基板上に超希薄なポリスチレン(PS)クロロホルム溶液をキャストすることで、PS孤立鎖が適度に分散して存在する試料を調製することに成功した。原子間力顕微鏡のACモード(ノンコンタクト)に基づき、軽微な触圧(0.1 nN以下)での孤立鎖分子鎖を観察する方法を確立した。また、PS孤立鎖を高さ像を連続測定したデータに基づき、運動性に関する情報を抽出する手法を確立した。研究成果は、複数の学会にて発表済みであり、現在論文執筆中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和４年度は、当初の目的に従って、固体基板上における孤立高分子鎖形態を直接観察方法と解析方法の確立を行った。清浄な環境でSi(111)基板の洗浄とエッチング処理を行うことで、原子的に平滑なSiステップ基板を調製した。スピンコート法に基づき、ステップ基板上に超希薄なポリスチレン(PS)クロロホルム溶液をキャストすることで、PS孤立鎖が適度に分散して存在する試料を調製することに成功した。原子間力顕微鏡のACモード(ノンコンタクト)に基づき、軽微な触圧(0.1 nN以下)での孤立鎖分子鎖を観察する方法を確立した。また、PS孤立鎖を高さ像を連続測定したデータに基づき、運動性に関する情報を抽出する手法を確立した。研究成果は、複数の学会にて発表済みであり、現在論文執筆中である。
このように当初の予定通りの進捗が得られているため、おおむね順調に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和５年度は、測定温度を系統的に変化させ、各温度におけるAFM像の経時変化を取得する。一年目に確立した方法論を用いて、各温度における緩和時間を抽出する。これらの結果をもとに、緩和マップを作成する。これまでの高分子科学の蓄積で明らかになっているバルクや表面、界面におけるセグメント運動の緩和マップと比較し、セグメント運動のダイナミクスを議論する。直接観察のメリットを最大現活用し、丁寧な議論を行うことで、ガラス転移など、高分子材料の主要な特性に寄与する重要な因子である高分子鎖のセグメント運動の理解の深化を目指す。
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
