元素ブロックによる高分子界面の階層的ダイナミクス制御

• Project Area: Creation of Element-Block Polymer Materials
• Project/Area Number: 15H00758
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 田中 敬二 九州大学, 工学研究院, 教授 (20325509)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2016: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 高分子構造・物性 / 表面・界面物性 / ナノ材料 / ナノ物性

Outline of Annual Research Achievements

P3HTの光電荷生成に及ぼす薄膜化及び界面効果と(POS)S誘導体(9POSIB)の界面改質について検討した。
ポーラロン(P)の生成過程を明らかにするため過渡吸収スペクトルの時間依存性を解析した。励起子各成分の時間変化を記述した連立微分方程式を用い、速度定数(k)をフィッティングパラメーターとした回帰分析を行った。ポーラロン対(PP)からPが生成する時の速度定数(kPP→P)は低温領域ではほぼ一定なのに対し、ある温度以上で温度と共に増加した。kPP→Pが上昇し始める温度をTPP→Pとすると、界面状態が異なる各膜のTPP→Pは膜厚の減少と共に大きく異なることが分かった。基板支持膜と自己支持膜のTPP→Pは薄膜化に伴い減少する一方、SiOx挟み込み膜のTPP→Pは薄膜化に伴い上昇した。この結果は表面と界面においてPの生成がそれぞれ活性化及び抑制されることを示し、チオフェン環のねじれ運動の活性化及び抑制に対応していた。PMMAに少量の9POSIBをブレンドした際の膜表面近傍における組成分布を評価したところ、膜表面には9POSIBが濃縮していた。膜最外領域に9POSIBが濃縮層を形成し、その下層には組成が指数関数的に減衰すると仮定したモデルに基づき実験データの再現を試みた。9POSIBのバルク組成が2及び5wt%のブレンド膜最外層には9POSIBの濃縮層(約2nm)が形成され、僅か1wt%の9POSIBを有するブレンド膜表面にも9POSIBが濃縮することが分かった。9POSIBが濃縮した表面の力学特性を検討するため走査プローブ顕微鏡を用いたナノスクラッチ試験を実施した。PMMA膜表面は容易にスクラッチされたが、9POSIB添加膜ではスクラッチ痕は観察されず表面は平滑であった。
よって、僅か1wt%の9POSIBをPMMAに加えるだけでも膜表面の耐摩耗性は飛躍的に向上すると結論できる。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Dynamics of a Bioinert Polymer in Hydrated States by Dielectric Relaxation Spectroscopy (2017)
  • Author(s): T. Hirata, H. Matsuno, D. Kawaguchi, M. Inutsuka, T. Hirai, M. Tanaka, and K. Tanaka
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 19 Issue: 2 Pages: 1389-1394
  • DOI: 10.1039/c6cp07322k
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Load-Induced Frictional Transition at a Well-Defined Alkane Loop Surface (2017)
  • Author(s): A. Shundo, K. Hori, Y. Tezuka, T. Yamamoto, and K. Tanaka
  • Journal Title: Langmuir Volume: 33 Issue: 9 Pages: 2396-2401
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b04042
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Initial Adhesion of Fibroblasts on Thin Rubber Scaffolds (2016)
  • Author(s): Shinichiro Shimomura, Hisao Matsuno, Toshiyuki Ohta, Seiichi Kawahara, Keiji Tanaka
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 45 Issue: 4 Pages: 475-477
  • DOI: 10.1246/cl.160061
  • NAID: 130005143989
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Platelet-adhesion Behavior Synchronized with Surface Rearrangement in a Film of Poly(methyl methacrylate) Terminated with Elemental Blocks (2016)
  • Author(s): H. Matsuno, R. Tsukamoto, S. Shimomura, T. Hirai, Y. Oda, and K. Tanaka
  • Journal Title: Polymer Journal Volume: 48 Issue: 4 Pages: 413-419
  • DOI: 10.1038/pj.2015.118
  • NAID: 40020778314
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Platelet Adhesion on Films of Poly(vinylene carbonate) and Its Derivatives (2016)
  • Author(s): H. Matsuno, R. Tsukamoto, Y. Kaneshiro, S. Yamada, and K. Tanaka
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 45 Issue: 8 Pages: 913-915
  • DOI: 10.1246/cl.160373
  • NAID: 130005254529
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Stabilization of Polystyrene Thin Films by Introduction of a Functional End Group (2016)
  • Author(s): S. Shimomura, M. Inutsuka, K. Tajima, M. Nabika, S. Moritomi, H. Matsuno, and K. Tanaka
  • Journal Title: Polymer Journal Volume: 48 Issue: 9 Pages: 949-953
  • DOI: 10.1038/pj.2016.58
  • NAID: 40020949903
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Construction of a Blood-Compatible Interface Based on Surface Segregation in a Polymer Blend (2015)
  • Author(s): T. Hirata, H. Matsuno, D. Kawaguchi, N. L. Yamada, M. Tanaka, K. Tanaka
  • Journal Title: Polymer Volume: 78 Pages: 219-224
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2015.10.001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Impact of Polymer Dynamics on Photoinduced Carrier Formation in Films of Semiconducting Polymers (2015)
  • Author(s): Y. Ogata, D. Kawaguchi, K. Tanaka
  • Journal Title: J. Phys. Chem. Lett. Volume: 6 Issue: 23 Pages: 4794-4798
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.5b02255
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Interfacial Modification of Polymers with Elemental Blocks (2017)
  • Author(s): Y. Oda, K. Yamamoto, D. Kawaguchi, H. Matsuno, K. Naka, and K. Tanaka
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Polymeric Materials Based on Element-Blocks
  • Place of Presentation: 京都工芸繊維大学, 京都市
  • Year and Date: 2017-01-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ポリ（3-ヘキシルチオフェン）の光電荷生成ダイナミクスに及ぼす界面効果 (2016)
  • Author(s): 川口大輔、田中敬二
  • Organizer: 元素ブロック高分子材料の創出 第4回若手シンポジウム
  • Place of Presentation: 琵琶湖畔おごと温泉 湯の宿木もれび, 大津市
  • Year and Date: 2016-12-08
• [Presentation] 星形かご型シルセスキオキサンの界面濃縮現象 (2016)
  • Author(s): 山本健太郎、中 建介、田中敬二
  • Organizer: 第6回CSJ化学フェスタ2016
  • Place of Presentation: タワーホール船堀, 東京都江戸川区
  • Year and Date: 2016-11-14
• [Presentation] Aggregation States and Proton Conductivity of Nafion in Thin Films (2016)
  • Author(s): K. Tanaka
  • Organizer: FLUOROPOLYMER 2016
  • Place of Presentation: Harrah’s Hotel and Conference Center, New Orleans, USA
  • Year and Date: 2016-10-02
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 星形元素ブロック材料の偏析現象に基づく高分子界面の機能設計 (2016)
  • Author(s): 山本健太郎、中 健介、田中敬二
  • Organizer: 第65回高分子討論会
  • Place of Presentation: 神奈川大学, 横浜市
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] An Effect of Chain Dynamics on Carrier Formation Kinetics in Poly(3-alkylthiophene) Films (2016)
  • Author(s): K. Tanaka, D. Kawaguchi, and Y. Ogata
  • Organizer: 10th Korea-Japan Joint Symposium on Polymer Science 2016 (KJJS2016)
  • Place of Presentation: GIST, Gwangju, Korea
  • Year and Date: 2016-08-31
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 異種固体界面における高分子鎖の凝集状態とダイナミクス (2016)
  • Author(s): 田中敬二
  • Organizer: プラスチック成形加工学会 第27回年次大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀, 東京都江戸川区
  • Year and Date: 2016-06-14
  • Invited
• [Presentation] 三次元架橋構造を有する元素ブロックハイブリッド材料の力学物性 (2016)
  • Author(s): 山本健太郎、織田ゆか里、松川公洋、田中敬二
  • Organizer: 第65回高分子年次大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場, 神戸市
  • Year and Date: 2016-05-25
• [Presentation] Interfacial Aggregation States of Poly(methoxycarbonylmethylene) (2016)
  • Author(s): K. Sasahara, M. Inutsuka, Y. Oda, J. Kawamata, H. Shimomoto, E. Ihara, and K. Tanaka
  • Organizer: 第65回高分子年次大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場, 神戸市
  • Year and Date: 2016-05-25
• [Presentation] 元素ブロックを有する複合材料の力学物性 (2016)
  • Author(s): 山本健太郎、織田ゆか里、松川公洋、田中敬二
  • Organizer: 日本レオロジー学会第43年会
  • Place of Presentation: 東京大学生産技術研究所, 東京都目黒区
  • Year and Date: 2016-05-12
• [Presentation] ポリ(3-アルキルチオフェン)の光電荷生成ダイナミクスと分子鎖熱運動特性 (2016)
  • Author(s): 川口大輔、田中敬二
  • Organizer: 元素ブロック高分子材料の創出 第3回若手シンポジウム
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場, 淡路市
  • Year and Date: 2016-03-28
• [Presentation] Carrier Formation Dynamics in Stretched Thin Films of Poly(3-hexylthiophene) (2016)
  • Author(s): X. Zhou, D. Kawaguchi, and K. Tanaka
  • Organizer: 元素ブロック高分子材料の創出 第4回合同修士論文発表会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学 I-siteなんば, 大阪市
  • Year and Date: 2016-03-04
• [Presentation] ポリアルキルチオフェン薄膜における励起子ダイナミクスと界面効果 (2016)
  • Author(s): 田中敬二、緒方雄大、川口大輔
  • Organizer: 元素ブロック高分子材料の創出 第9回合同班会議
  • Place of Presentation: 東広島芸術文化ホール, 東広島市
• [Presentation] 架橋型有機-無機ハイブリッド材料の分子運動と力学物性 (2015)
  • Author(s): 山本健太郎、織田ゆか里、松川公洋、田中敬二
  • Organizer: 平成27年度九州地区高分子若手研究会・冬の講演会
  • Place of Presentation: 休暇村「志賀島」, 福岡市東区
  • Year and Date: 2015-12-03
• [Presentation] Aggregation States of Polymers at Non-solvent Interfaces by Neutron Reflectivity (2015)
  • Author(s): K. Tanaka
  • Organizer: 2nd Asia-Oceania Conference on Neutron Scattering (AOCNS 2015)
  • Place of Presentation: Novotel Manly Pacific, Sydney, Australia
  • Year and Date: 2015-07-19
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Importance of Precision Synthesis to Study of Polymer Interfaces (2015)
  • Author(s): K. Tanaka
  • Organizer: The 11th International Symposium on Ionic Polymerization (IP’15)
  • Place of Presentation: The University of Bordeaux, Bordeaux, France
  • Year and Date: 2015-07-05
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Structure and Dynamics of Polymers in Thin Films (2015)
  • Author(s): K. Tanaka
  • Organizer: Eighth International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE8)
  • Place of Presentation: タワーホール船堀, 東京都江戸川区
  • Year and Date: 2015-06-22
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] 元素ブロック高分子―有機-無機ハイブリッド材料の新概念― (2015)
  • Author(s): 織田ゆか里、平井智康、松野寿生、田中敬二（監修： 中條善樹）
  • Total Pages: 270
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Remarks]
  • URL: http://www.cstf.kyushu-u.ac.jp/~tanaka-lab/
• [Remarks]
  • URL: http://www.cstf.kyushu-u.ac.jp/~tanaka-lab/