ガラス形成物質における非平衡緩和機構の解明

• Project Area: Creation of non-equilibrium soft matter physics: Structure and dynamics of mesoscopic systems
• Project/Area Number: 21015026
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 深尾 浩次 立命館大学, 理工学部, 教授 (50189908)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 健二 立命館大学, 理工学部, 助教 (00511693)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥7,700,000 (Direct Cost: ¥7,700,000); Fiscal Year 2010: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2009: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,900,000)
• Keywords: 高分子ガラス / 非平衡緩和 / エイジング現象 / 誘電率 / α過程 / 超薄膜 / アノマリー / エイジング / ガラス転移 / 記憶効果 / 誘電緩和測定 / 電気容量 / 揺動散逸定理

Research Abstract

ソフトマターの非平衡構造とダイナミクスの解明を目標として、高分子ガラスでのエイジング現象の解明が本研究の主題である。薄膜におけるガラス転移温度の低下には、α過程のダイナミクスが薄膜で速くなることに関係すると考えられ、エイジングダイナミクスもまた、膜厚に依存すると期待されている。今年度はこのエイジングダイナミクスの詳細を明らかにするため、ポリ2-クロロスチレン(P2CS)超薄膜におけるエイジングダイナミクスの誘電緩和測定を昨年度に引き続き行った。測定はガラス転移温度以上で熱履歴を消去したのち、エイジング温度T_aまで降温し、等温エイジングを行う、その後、室温まで降温させる。その結果、通常の等温エイジングでは、誘電率虚数部ε"は単調減少するが、膜厚3.7nmの超薄膜でε"の増加というアノマリーが観測された。さらに、T_a=348K、d=3.7nmの薄膜ではエイジング時間に対して、ε"は極大を持つことが明らかとなった。これはε"のエイジング時間依存性が膜厚とエイジング温度に依存し、また、競合する2つのタイムスケールがあることを示す。誘電緩和測定によるセグメント運動のダイナミクスの観測によると、α過程に対応するピーク強度は膜厚が減少すると小さくなる。さらに、d=3.7nmでは320K付近に表面,界面に近い液体的な層でのセグメント運動の寄与によるもう1つのピークα_1過程が見られる。詳細な比較により、超薄膜の等温エイジングにおけるε"の増加は、α_1過程と関係していることが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Glass transition and thermal expansivity in silica-polystyrene nanocomposites (2011)
  • Author(s): M.Mizuno, K.Nakamura, T.Konishi, K.Fukao
  • Journal Title: J.Non-Cryst.Solids Volume: 357 Pages: 594-597
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Glass transition and dynamics of single and stacked thin films of poly(2-chlorostyrene) (2010)
  • Author(s): K.Fukao, Y.Oda, K.Nakamura, D.Tahara
  • Journal Title: Eur.Phys.J.Special Topics Volume: 189 Pages: 165-171
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anomalous increase in dielectric susceptibility during isothermal aging of ultrathin polymer films (2010)
  • Author(s): D.Tahara, K.Fukao
  • Journal Title: Phys.Rev.E Volume: 82
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dielectric relaxation behavior of polymerized inoic liquid (2010)
  • Author(s): K.Nakamura, T.Saiwaki, K.Fukao
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 43 Pages: 6092-6098
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Application of new treatment methods for "reading" of the complex capacitance : A quantitative description of the aging phenomenon in polymer glasses (2010)
  • Author(s): R.R.Nigmatullin, H.Nakanishi, Qui Tran-Cong-Miyata, D.Tahara, K.Fukao
  • Journal Title: Nonlinear Sci.Numer.Simulat. Volume: 15 Pages: 1286-1307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Application of new treatment methods for 'reading" of the complex capacitance : A quantitative description of the aging phenomen on in polymer glasses (2010)
  • Author(s): R.R.Nigmatullin, H.Nakanishi, Qui Tran-Cong-Miyata, D.Tahara, K.Fukao
  • Journal Title: Commun.Nonlinear Sci.Numer.Simulat. 15 Pages: 1286-1307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Systematic Dielectric and NMR Study of the Ionic Liquid 1-alkyl-3-Methyl Imidazolium (2010)
  • Author(s): K.Nakamura, T.Shikata
  • Journal Title: Chem.Phys.Chem. 11 Pages: 285-294
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Aging Dynamics in the Polymer Glass of Poly(2-chlorostyrene): Dielectric Susceptibility and Volume (2009)
  • Author(s): K.Fukao, D.Tahara
  • Journal Title: Physical Review E 80
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Glass transition dynamics of single and stacked thin films of polymers (2010)
  • Author(s): Koji Fukao, Yuto Oda, Kenji Nakamura, Daisuke Tahara
  • Organizer: 6th International Conference on Broadband Dielectric Spectroscopy and its Applications
  • Place of Presentation: Madrid, Spain
  • Year and Date: 2010-09-08
• [Presentation] Glass transition dynamics of stacked thin polymer films (2010)
  • Author(s): Koji Fukao, Yuto Oda, Kenji Nakamura, Daisuke Tahara
  • Organizer: 5th Pacific Rim Conference on Rheology
  • Place of Presentation: Hokkaido Univ., Sapporo, Japan
  • Year and Date: 2010-08-04
• [Presentation] Glass Transition and Dynamics of Stacked Thin Polymer Films (2010)
  • Author(s): K Fukao, Y.Oda, T.Terasawa, K.Nakamura, D.Tahara
  • Organizer: 4-th International Workshop on Dynamics in Confinement
  • Place of Presentation: Grenoble, France
  • Year and Date: 2010-03-03
• [Presentation] 延伸ポリイソプレンのガラス状態における服屈折とエイジング効果III (2009)
  • Author(s): 田中康裕、荒木剛彦、八尾晴彦、深尾浩次、宮本嘉久、猿山靖夫
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本市)
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] ポリ2-クロロスチレン薄膜の電気容量測定 (2009)
  • Author(s): 田原大輔、深尾浩次
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本市)
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] ポリブチレンテレフタレートのガラス結晶化過程の構造変化についてII (2009)
  • Author(s): 小西隆士、深尾浩次、宮本嘉久
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本市)
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 高分子積層薄膜のガラス転移とダイナミクス (2009)
  • Author(s): 深尾浩次、織田勇斗、中村健二、田原大輔
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本市)
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] ポリスチレン-シリカナノコンポジットのガラス転移 (2009)
  • Author(s): 水野誠、津田旭彦、中村健二、小西隆士、深尾浩次
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本市)
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] 高分子化イオン液体薄膜の誘電緩和ダイナミクス (2009)
  • Author(s): 中村健二、深尾浩次
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本市)
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] Glass Transition and Dynamics of Stacked Thin Polymer Films (2009)
  • Author(s): 深尾浩次, 織田勇斗, 中村健二, 田原大輔
  • Organizer: 6th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems
  • Place of Presentation: Rome, Italy
  • Year and Date: 2009-09-02
• [Book] 高分子の物理(改訂新版) (2010)
  • Author(s): 深尾浩次, 宮本嘉久, 田口健, 中村健二共訳, G.R.Strobl著
  • Total Pages: 503
  • Publisher: シュプリンガー・ジャパン