制限された空間における高分子鎖ダイナミクスとガラス転移

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09740332
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 深尾 浩次 京都大学, 総合人間学部, 助手 (50189908)
• Keywords: 高分子薄膜 / ガラス転移 / α過程 / 誘電測定 / 温度係数 / 膨張係数 / 誘電分数 / 緩和時間

Research Abstract

最近、ガラス転移に関連した空間的スケールを解明するために、システムの有限サイズ効果を議論する研究が実験・シミュレーションの両面で数多くなされている。その一つとして、高分子薄膜でのガラス転移についての研究がある。これまでに種々の実験手法により、基板と高分子との相互作用・自由表面の有無などに応じて、薄膜のガラス転移温度がバルクの値からずれてくることが知られている。本研究では誘電測定を用いて、ガラス転移温度およびα過程のダイナミクスの膜厚依存性を調べた。
試料にはa-ポリスチレン(a-PS、Polymer Lab.社製、Mw=280,000)を用い、そのトルエン溶液からスピンコート法により薄膜を作製した。膜厚dは溶液の濃度を変えることにより制御した。(d=50Å〜5000Å)基板(電極)にはスライドガラス上に蒸着したAlを用い、その上にa-PSをスピンコートし、さらに上部電極としてAlを蒸着した。誘電測定にはLCRメータ(HP4284A)を用い、2℃/minでの昇降温過程で、20Hz〜1MHzの周波数域での複素誘電率測定を行った。膜厚は室温での誘電率の値より評価した。
誘電率実部ε'を周波数一定で温度に対してプロットするとα過程に対応した分散が現れる温度域より低温側で、勾配の異なる2つの直線領域が存在し、この直線の交点よりガラス転移温度T_gを評価することができる。このして求めたガラス転移温度の膜厚依存性から、5000ÅでのT_g=95℃に比較して、d=70Åでは80℃までT_gが低下しているのがわかる。この結果はエリプソメータなどにより得られている従来の結果と良い一致を示しており、誘電測定が薄膜のT_gの決定に有用であることがわかった。

Research Products

• [Publications] K.Fukao, Y.Miyamoto: "Relaxation behavior of α-process of poly(ethylene terephthalate)during crystallization process" Journal of Non-Crystalline Solids. 212. 208-214 (1997)
• [Publications] Y.Funatsu, K.Fukao, Y.Miyamoto: "Elongational flow study of poly(styrene sulphonate)in dilute solution" Polymer. 38. 2857-2860 (1997)
• [Publications] K.Fukao, Y.Miyamoto: "Dynamics of the α-relaxation and structure formation during crystallization process of polymers:dielectirc relaxation and small-angle X-ray scattering on PET" Progress of Theoretical Physics. 126. 219-222 (1997)
• [Publications] K.Fukao, Y.Miyamoto: "Dynamical transition and crystallization of polymers" Physical Review Letters. 79. 4613-4616 (1997)
• [Publications] K.Fukao, Y.Miyamoto: "Dielectric relaxation and X-ray scattering of poly(ethylene terephthalate)during crystallization process" Journal of Non-Crystalline Solids. (in press). (1998)