ブロック共重合体の構造転移における成長端の直接3次元観察と転移ダイナミクスの解明

• Project Area: Creation of non-equilibrium soft matter physics: Structure and dynamics of mesoscopic systems
• Project/Area Number: 21015017
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 陣内 浩司 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 准教授 (20303935)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥7,300,000 (Direct Cost: ¥7,300,000); Fiscal Year 2010: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2009: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000)
• Keywords: 高分子構造・物性 / 電子顕微鏡 / 電子線トモグラフィー法 / エピタキシャル転移 / ブロック共重合体

Research Abstract

本研究では、流動・電場などの外場の印加や温度・圧力などの環境変数の変化に伴うブロック共重合体の構造-構造転移(Order-Order Transition,OOT)を、最先端の透過型電子線トモグラフィー法(Transmission Electron Microtomography,TEMT)により3次元的な実像として捕らえ、その3次元構造とOOTのダイナミクスを明らかにする。
ブロック共重合体のOOTには様々なパターンがある。申請者らは、これまでHPL構造からGyroid構造へのOOT(以後、IIPL→Gyroid転移と表記)について検討を行ってきた。本研究では、これまでの知見をベースとして、OOT前の初期構造を単結晶に近づけることで、ミクロドメインの組み替えがまさに起こりつつある部分(成長端)を再現性よくクリアな形で出現させ、この部分を詳細に観察・解析することで、OOTの本質とも言える構造転移機構を明らかにすることを目的とした。
前年度はPoly(styrene-block-isoprene)(SI)ブロック共重合体試料において、従来より結晶性に優れた単結晶様の試料をえることに成功した。本年度は、これを用いて、HPL→Gyroid転移について検討を行った。その結果、従来の研究でHPL構造の転移界面近傍では、ABCスタッキング型構造(R3m)がAB様スタッキング型構造(P6_3/mmc)に変化してからG構造に転移することを示す実験結果が得られていたのに対して、本研究ではABCスタッキング型構造を保ったままG構造に転移することが可能であるという今までに見られない新しいOOTを発見した。

Research Products

• [Journal Article] Effect of Film Thickness on the Phase Behaviors of Diblock Copolymer Thin Film (2010)
  • Author(s): J.Jung, et al.
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 4(6) Pages: 3109-3116
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Current-Injected Spectrally-Narrowed Emissions from an Organic Transistor (2010)
  • Author(s): T.Yamao, et al.
  • Journal Title: Adv.Mater. Volume: 22 Pages: 3708-3712
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transmission Electron Microtomography and Polymer Nanostructures (2010)
  • Author(s): H.Jinnai, et al.
  • Journal Title: Macromolecules 43 Pages: 1675-1688
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 3-Dimensional Characterization of Membrane with Nanoporous Structure Using TEM Tomography and Image Analysis (2010)
  • Author(s): F.H.She, et al.
  • Journal Title: Desalination 250 Pages: 757-761
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Grating-Assisted Spectrally-Narrowed Emissions from an Organic Slab Crystal Excited with a Mercury Lamp (2010)
  • Author(s): S.Hotta, et al.
  • Journal Title: Journal of Nanosci. Nanotechnol 10 Pages: 440-447
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cylindrically Confined Diblock Copolymers (2009)
  • Author(s): P.Dobriyal, et al.
  • Journal Title: Macromolecules 42 Pages: 9082-9088
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Small Molecule Directed Nanoparticle Assembly Toward Stimuli-responsive Nanocomposites (2009)
  • Author(s): Y.Zhao, et al.
  • Journal Title: Nature Materials 8 Pages: 979-985
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polymer nanotechnology applied to polymeric nano-soft-materials (2009)
  • Author(s): T.Nishi, et al.
  • Journal Title: J.Phys.Conf.Ser. 184 Pages: 12-30
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The interface dynamics of bicontinuous phase separating structure in apolymer blend (2009)
  • Author(s): Saito, et al.
  • Journal Title: J.Phys.Conf.Ser. 184 Pages: 12-29
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-Assembled ABC Triblock Copolymer Double and Triple Helices (2009)
  • Author(s): J.Dupont, et al.
  • Journal Title: Angew.Chem.Int.Ed. 48 Pages: 6144-6147
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Epitaxial Phase Transitions in Block Copolymer Nano-Structures (2010)
  • Author(s): H.Jinnai
  • Organizer: International Conference on Nanoscopic Colloid and Surface Science (NCSS2010)
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(招待講演)
  • Year and Date: 2010-09-19
• [Presentation] Electron Tomography of Soft Polymeric Materials (2010)
  • Author(s): H.Jinnai
  • Organizer: SofTEAM Workshop(招待講演)
  • Place of Presentation: Berkeley, CA, USA
  • Year and Date: 2010-03-08
• [Presentation] Electron tomography for thick polymeric samples of the order of micrometer (2010)
  • Author(s): H.Jinnai
  • Organizer: 10-th International Symposium on Biomimetic Materials Processing (BMMP-10) (招待講演)
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 2010-01-28
• [Presentation] 高分子材料の3次元構造解析-最新の技術と可能性- (2010)
  • Author(s): 陣内浩司
  • Organizer: 日本接着学会粘着研究会1月度例会(招待講演)
  • Place of Presentation: 大阪市立工業研究所
  • Year and Date: 2010-01-22
• [Presentation] ポリマー材料の定量的3D解析 (2010)
  • Author(s): 陣内浩司
  • Organizer: 階層的3D4Dフォーラム(招待講演)
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス鉄鋼リサーチセンター
  • Year and Date: 2010-01-12
• [Presentation] 3D Elemental Mapping of Soft Materials using Transmission Electron Microtomography (2009)
  • Author(s): H.Jinnai
  • Organizer: 7th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '09 (ALC'09) (招待講演)
  • Place of Presentation: The Westin Maui Resort & Spa, Maui, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2009-12-10
• [Presentation] ソフトマテリアル機能材料の3次元構造観察と解析 (2009)
  • Author(s): 陣内浩司
  • Organizer: 第29回水素エネルギー協会大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀5階小ホール
  • Year and Date: 2009-12-03
• [Presentation] トモグラフィから何が測れるか?(3次元測定の種類と阻害要因) (2009)
  • Author(s): 陣内浩司
  • Organizer: 日本顕微鏡学会3次元電子線トモグラフィ法のマテリアルへの展開研究部会講演会(招待講演)
  • Place of Presentation: 工学院大学
  • Year and Date: 2009-11-28
• [Presentation] 電子線トモグラフィー法による観察・評価の現状と今後 (2009)
  • Author(s): 陣内浩司
  • Organizer: 「半導体計測・評価技術ネットワーク」ワークシヨツプ
  • Place of Presentation: 茨城県つくば市国際会議場
  • Year and Date: 2009-11-24
• [Presentation] 電子線トモグラフィー法のソフトマテリアルへの応用 (2009)
  • Author(s): 陣内浩司
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第53回シンポジウム(招待講演)
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2009-10-31
• [Presentation] Self-assembled polymer nano-structures (2009)
  • Author(s): H.Jinnai
  • Organizer: International Conference on Supercritical Fluids (Supergreen2009)(招待講演)
  • Place of Presentation: Sendai, Japan
  • Year and Date: 2009-10-17
• [Presentation] Helical structures formed from an amorphous, achiral ABC triblock terpolymer (2009)
  • Author(s): H.Jinnai, et al.
  • Organizer: International Symposium on Nano Structured Polymeric Materials : Synthesis, Characterization and Application (招待講演)
  • Place of Presentation: Gwangju, Korea
  • Year and Date: 2009-10-07
• [Presentation] 高分子プロック共重合体の自己秩序化するメソスケール構造 (2009)
  • Author(s): 陣内浩司
  • Organizer: 日本化学会第3回関東支部大会(招待講演)
  • Place of Presentation: 早稲田大学理工キャンパス
  • Year and Date: 2009-09-05
• [Presentation] Microphase-separated structure in a cylinder-forming block copolymer thin film studied by neutron reflectivity aided by transmission electron microtomography (2009)
  • Author(s): H.Jinnai, et al.
  • Organizer: Structure of Nanophase Materials (SAS) in 2009 ACA (American Crystallographic Association) Meeting (招待講演)
  • Place of Presentation: Toronto, Canada
  • Year and Date: 2009-07-29
• [Presentation] 電子線トモグラフィー法とエックス線CTによる高分子材料の三次元観察・解析 (2009)
  • Author(s): 陣内浩司
  • Organizer: 現物融合型エンジニアリング専門委員会セミナー(招待講演)
  • Place of Presentation: 東京大学先端科学技術センター
  • Year and Date: 2009-05-15
• [Presentation] ブロック共重合体の自己秩序化に関する最近の進展 (2009)
  • Author(s): 陣内浩司
  • Organizer: Kyushu University Global COE "Science for Future Molecular Systems" Global COE Seminar No.77(招待講演)
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス
  • Year and Date: 2009-04-30
• [Remarks]
  • URL: http://www.cis.kit.ac.jp/~mechanic/jinnai/research.html