単結晶状強誘電性高分子膜における分子鎖運動,秩序形成過程および機能発現機構の研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450357
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 大東 弘二 山形大学, 工学部, 教授 (90185372)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古賀 啓子 九州産業大学, 工学部, 助手 (90234723) ; 石井 文明 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30001308) ; 吉原 章 石巻專修大学, 理工学部, 助教授 (40166989) ; 田實 佳郎 山形大学, 工学部, 助教授 (00282236)
• Keywords: 強誘電性高分子 / P(VDF / TrFE) / 単結晶状膜 / 圧電高分子トランスデューサ / 誘電緩和 / ブリルアン散乱 / NMR / 電気光学効果

Research Abstract

強誘電体であるP(VDF/TrFE)共重合体の常誘電相での分子鎖の運動を詳細に知る目的で,VDF/TrE組成比の異なる単結晶状膜を作製した.これらを150枚程度積み重ねたブロックから分子鎖方向に垂直に切断して作製した薄板試料を用いて,常誘電相での誘電率緩和の異方性を調べた.X線回折の温度変化も調べた.その結果,分子鎖は六方格子中で隣接分子とは無関係に束縛回転していること,一本の分子鎖の中では双極子を上向き,または下向きに揃えた5〜10個程度のTGTG連鎖がflip-flop運動していること,連鎖の長さ(相関長)は高温では短く,相転移点付近で最も長くなること,これが,転移点での大きい誘電率の原因であることが分かった.この現象は高分子性の顕著な現れである.分子鎖運動をより詳細に知る目的で,分子鎖が磁場に平行と垂直の2種類のNMR測定用単結晶状ブロック試料を作製し,室温での予備的測定を行った.この試料で詳細な測定が可能であることを確認した.また,電子顕微鏡とX線を用いて単結晶状膜の高次構造を調べた.単結晶状膜では分子鎖方向に無限に伸びた直径200nmのロッド状結晶がa,b軸を揃えて集合していること,薄い膜ほどa,b軸の配向が向上することが分かった.この薄膜の膜面内の音速異方性を現有のブリルアン散乱(BS)装置(石巻専大)で測定可能か否かを知るため,室温で音波モードからの非弾性散乱測定を行った.厚さ40μm程度の膜でも十分可能であることを確認した.強誘電相転移に伴う弾性異常の研究に着手するため,高温用BSセルを完成させた.BSで分子鎖軸を含む試料面内の音速異方性及び膜に垂直な方向の音速測定が相転移温度を含む広い温度範囲で可能になった.さらに,単結晶状膜の一次電気光学効果を測定し,この効果が光変調に実用できる大きさであること,ずり圧電効果を用いた横波超音波送受波器を開発し,実用可能であることを実証した.

Research Products

• [Publications] H.Ohigashi: "Chain Motions in the Paraelectric Phase in Single Crystalline Films of Vinylidene Fluoride and Trifluoroethylene Copolymer P(VDF/TrFE)" J.Phys.Soc.Japan. 68 掲載予定. (1999)
• [Publications] H.Ohigashi: "Ferroelectric Polymer Transducers for Transverse Ultrasonic Waves" The 1998 IEEE Intern.Ultrasonics Symp.Proceedings. 掲載予定. (1999)
• [Publications] 大東 弘二: "P(VDF/TrFE)単結晶状膜の強誘電性" 高分子. 47. 561-561 (1998)
• [Publications] 大東弘二: "高分子超音波トランスデューサとその応用" 金属. 68. 680-687 (1998)
• [Publications] 大東弘二: "高分子圧電材料の性質と超音波トランスデューサ" 超音波TECHNO. 9. 5-8 (1998)
• [Publications] 表 研次: "PVDFとP(VDF/TrFE)の超音波圧電物性" 超音波TECHNO. 9. 14-19 (1998)
• [Publications] Y.Tajitsu: "Optical Behavior of Ferroelectric “Single Crystalline" Films of Vinylidene Fluoride and Trifluoroethylene Copolymers" Ferroelectrics. 218. 103-113 (1998)
• [Publications] Y.Tajitsu.: "Temperature Dependence of Switching Characteristics in Polyurea-5 Thin Films" Jpn.J.Appl.Phys.,. 37. 5375-5378 (1998)
• [Publications] Y.Tajitsu: "Linear and Nonlinear Dielectric Spectroscopy of Polymeric Ferroelectric Liquid Crystals" J.Materials Sci.Lett.17. 989-992 (1998)
• [Publications] Y.Tajitsu: "Linear and Nonlinear Conductivity Spectra of Tetraethylene Oxide-organosiloxane Copolymer/LiC104 Complexes" J.Electrostatics. 43. 203-213 (1998)
• [Publications] 田實佳郎: "高分子ゲルの基礎電気特性" 静電気学会誌. 22. 75-78 (1998)
• [Publications] H.Yasuda: "Elastic constants and surface acoustic waves of superlattices" J.Phys.Condensed Matter.
• [Publications] A.Yoshihara: "Spin wave modes in fine layered structures of Fe and Au" J.Magn.Soc.Jpn.23(1-2). 161-163 (1999)
• [Publications] A.Yoshihara: "Brillouin scattering from TiN/ZrN superlattices" Physica B. 23(1-2)掲載予定. (1999)
• [Publications] A.Yoshihara: "Brillouin Scattering Study of Elastic Properties of Transition-Metal Nitride Superlattices" Jpn.J.Appl.Phys.38(5B)掲載予定. (1999)
• [Publications] K.Tsuda: "Radical Polymerization of(Phenylethynyl)styrenes and Characterization of Poly(phenylethynyl)styrenes as Thermally Curable material" Polymer Bulletin. 39. 173-178 (1998)
• [Publications] 小川健太: "振動検出用ケーブルセンターの出力特性と応用に関する研究" 応用地質. 39. 380-390 (1998)
• [Publications] F.Ishii: "UV-Vis Absorption Study of cis-snd trans-Poly(phenylacetyleen)s Based on CNDO/S Calculation." Polymer J.31. 84-88 (1999)
• [Publications] F.Ishii: "13CNMR Chemical Shift and Chain Conformation of Polyphenylacetylene" Reports on Progress in Polymer Physics in Japan. 41. 529-532 (1998)
• [Publications] H.Tabata: "13C Nuclear Relaxation in the Altenative Copolymer of Vinylidene Cyanide and Vinylester II.Ferroelectricity and its Domain Size." Reports on Progress in Polymer Physics in Japan. 41. 533-536 (1998)
• [Publications] 古賀啓子: "フッ化ビニリデン-三フッ化エチレン共重合体単結晶状膜における結晶サイズと乱れ" 九州産業大学工学部研究報告. 35. 137-142 (1999)
• [Publications] 大東弘二(分担執筆): "超音波ハンドブック(圧電高分子トランスデューサ)" 丸善出版 7月刊行予定, (1999)
• [Publications] 田實佳郎(分担執筆): "静電気材料,静電気ハンドブック" オーム社, 1294 (1998)