Gyroid単結晶

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450369
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 長谷川 博一 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60127123)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西条 賢次 京都大学, 大学院・工学研究科, 教務職員 (60115847) ; 竹中 幹人 京都大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30222102) ; 橋本 竹治 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20026230)
• Keywords: ブロックコポリマー / ポリマーブレンド / ミクロ相分離 / 共連続構造 / ジャイロイド / 単結晶 / 格子欠陥 / 電子顕微鏡

Research Abstract

本研究で対象とするGyroid単結晶はポリスチレン-ポリイソプレンジブロックコポリマー/ポリスチレンホモポリマー混合系に出現する共連続構造であり、その製造法の確立ならびに、その成長機構やミクロ相分離構造からなる単結晶の本質の解明を目的とした研究を行っている。平成12年度は、新たに合成した試料の混合系について、トルエン溶液を作製し、濃度および単結晶熟成時間を変化させた試料について、透過電子顕微鏡(TEM)による観察を行い、Gyroid単結晶の成長過程を詳細に検討した。その結果、同一混合組成であっても、構造形成過程の違いにより2通りの様式によってGyroid単結晶が成長することが明らかになった。一つはGyroid単結晶がラメラ状ミクロドメイン構造をとるマトリックス中に生成・成長する場合であり、他の一つはGyroid単結晶が乱れた共連続構造であるスポンジ構造のマトリックス中に生成・成長する場合である。これらの成長様式の違いにより、最終的に生成するGyroid単結晶はその外形やサイズおよび内部の欠陥構造に大きな違いが生じることが明らかになった。しかし、現在達成可能なGyroid単結晶のサイズはまだ1個のGyroid単結晶だけを取り出すことができる程には十分大きくなく、そのGyroid単結晶を用いた小角X線回折による詳細な構造解析には到っていない。
平成12年度はさらに、Gyroid単結晶がGyroid結晶格子の欠陥構造の研究研究を行った。欠陥構造を解明し、その制御法を確立することは、ブロックポリマーのミクロ相分離構造を高度な機能材料あるいは光・電子材料として応用する場合の構造制御技術に必要不可欠である。また、Gyroid単結晶に人為的に欠陥を導入することにより、様々な用途への応用の道を拓くことができるが、ジブロックコポリマー/ホモポリマー混合系ではそれが比較的容易に行える可能性が明らかになった。例えば、ジブロックコポリマー単体には出現しない、Gyroid単結晶の「点欠陥」構造では、2重網目構造の一方の網目の「トライポッド」ユニットが欠落し、その部分をホモポリマーが充填していることを示唆する結果が得られている。今後これらの欠陥構造を、傾斜TEM法あるいはCT-TEM法による3次元観察を通じて明らかにして行く予定である。

Research Products

• [Publications] 西川幸宏,陣内浩司,長谷川博一: "細線化を用いた3次元ネットワーク構造のトポロジー解析"高分子論文集. 58. 13-21 (2001)
• [Publications] K.Mori,H.Hasegawa and T.Hashimoto: "Order-Disorder Transition of Polystyrene - block-Polyisoprene.2.Characteristic Length as a Function of Polymer Concentration, Molecular Weight, Copolymer Composition and c - Parameter."Polymer. 42. 3009-3021 (2001)