1998 Fiscal Year Annual Research Report
高分子固体表面のナノレオロジー解析装置の開発と高分子類のローカルダイナミクス評価
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10355035
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
梶山 千里 九州大学, 工学部, 教授 (60037976)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 園 九州大学, 工学部, 助手 (40304745)
菊池 裕嗣 九州大学, 工学部, 助教授 (50186201)
高原 淳 九州大学, 工学部, 助教授 (20163305)
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| Keywords | 高分子固体表面 / ナノレオロジー / 走査フォース顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 / 分子鎖末端基 / 表面分子運動 |
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| Research Abstract |
1) 高分子固体表面・界面のナノレオロジー測定装置の試作と高分子鎖のローカルダイナミクスの解析
申請者らが既に測定技砺を確立している動的ナノインテンテーション法による高分子固体表面の動的粘弾性測定装置(走査粘弾性顕微鏡、Scanning Viscoelasticity Microscope、SVM)をさらに発展させ、分子鎖のローカルダイナミクスを検出できる表面動的帖弾性評価法の確立を検討した。表面動的粘弾性測定法として、探針が試料表面をナノメートルオーダーで変形させる動的ナノインテンテーション法を用いた。表面動的粘弾性の温度依存性評価のために、加熱・冷却ステージと温度制御装置を試作した。一方、高分子固体表面に吸着した水分などの物質の表面粘弾性に及ぼす影響を排除するために、真空チャンバーを試作した。
2) 高分子固体表面の動的粘弾性解析
試料としてリビングアニオン重合によって合成した種々の末端基を有する単分散ポリスチレン(PS)を用いた。PS固体膜はスピンコーティング法によりシリコン基板上に製膜した後、真空中、バルクのガラス転移温度、Tg以上の423Kで12hrs熱処理した。種々のPS固体膜の表面分子運動特性を温度依存SVM測定に基づき評価した。表面及びバルクのTgは、それぞれ膜表面における印可変位と応答力の位相差及びバルクtanδが増加し始める温度と定義した。分子鎖両末端にフルオロアルキル鎖を有するPS(α,ω-PS(C_2C^F_6)_2)固体膜の表面Tgはプロトン末端を有するPS(PS-H)のそれと比較して著しく低い値を示し、逆にカルボキシル基末端及びアミノ基末端を有するPS(それぞれα,ω-PS(COOH)_2、α,ω-PS(NH_2)_2)固体膜は高い値を示した。これらの結果は、過剰な自由体積を有する分子鎖末端の膜表面における濃度分布により以下のように説明できる。フルオロアルキル鎖はプロトン末端と比較して高表面自由エネルギー成分であるため、プロトン末端を有するPS固体膜より過剰な表面濃縮を示す。一方、アミノ基、カルボキシル基は主鎖と比較して低表面自由エネルギー成分であるため、分子鎖末端は膜内部に潜り込んだ構造を形成し、高い表面Tg値を示したと結論した。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] K.Tanaka,A.Takahara,T.Kajiyama: "Surface Molecular Aggregation Structure Molecular Motions of High-Molecu ar Weight Polystyrene/Low-Molecular-Weight Poly(methyl methacrylate)Blend Films" Macromolecules. 31. 863 (1998)
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[Publications] X.-Q.Jiang,K.Tanaka,A.Takahara T Kajiyama: "Effect of Chain end Group Hydrophobicity on Surface Aggregation Structure of Poly(styrene-block-4- vinylpyridine)Symmetric Diblock Copolymer Films" Polymer. 39. 2615 (1998)
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[Publications] T.Kajiyama,K.Tanaka,A.Takahara: "Study of the Surface Glass Transition Behavior of Amorphous Polymer Film by Scanning-Force Microscopy and Surface Spectroscopy" Polymer. 39. 4665 (1998)
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[Publications] T.Kajiyama,K.Tanaka,N.Satomi,A.Takahara: "Surface Relaxation Process of Monodisperse Polystyrene Film Based on Lateral Force Microscopic Measurements" Macromolecules. 31. 5150 (1998)
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[Publications] K.Tanaka,A.Takahara,T.Kajiyama,et.al.: "Effect of Chain End Chemistry on Surface Molecular Motion of Polystyrene Films" Macromokecrles. 31. 5148 (1998)
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[Publications] E.S.Mounir.A.Takahara,T.Kajiyama: "Effect of End Group-Substrate Interaction on Aggregation Structure of Polystyrene Ultrathin Films" PolymerJournal. 31. 81 (1999)
