2016 Fiscal Year Annual Research Report
Control of Volumetric Thermal Expansion and Functionalization of Aromatic Polymers based on Suppression of Main Chain Local Motions
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15K13782
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
安藤 慎治 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (00272667)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石毛 亮平 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (20625264)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 低体積膨張材料 / 耐熱・絶縁性薄膜材料 / 局所運動 / 凝集構造 / 赤外光干渉スペクトル / 動的緩和 / 自由体積 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高耐熱性ポリマーの体積膨張率（CVE）計測の精度向上と独自の設計指針に基づく低CVEポリイミド（PI）の分子設計および熱膨張挙動の計測を行った。ファイバ型および近赤外分光光度計を用いて、温度可変透過型光干渉スペクトル測定系を構築するとともに、シミュレーション技術を改良してPI薄膜の膜厚の温度依存性を高精度で決定する手法を構築した。近赤外光は透過性が高いため着色した薄膜も計測可能であり、また波長が可視光の約2倍であるため、計測精度が大幅に向上した。
次いで，PI主鎖の局所運動性を抑止する設計として、①高結晶化による「凝集構造制御」を検討した。剛直な主鎖をもつ半結晶性PIは、熱イミド化時の昇温速度により凝集状態が制御でき、"超高速昇温"で得られたPI薄膜の分子鎖の凝集を、X線回折や屈折率、密度測定により定量的に評価した。加えて動的機械分析によりPI主鎖の局所運動の評価を行い，高結晶性PI薄膜において顕著に小さなCVEを観測した。
さらに，主鎖に ②m-フェニレン構造、③分子内・分子間水素結合、④屈曲性脂環構造を導入した新規PI群を合成し、その熱膨張挙動とCVE値を解析した。屈曲性PI薄膜は非晶質であり、凝集状態は結晶性PIに比べても疎だが、CVEが大きく低下する極めて興味深い結果が得られた。一方，分子内・分子間水素結合の形成や屈曲性脂環構造の導入はCVE抑制に効果的であったが，効果は限定的であった。
最後に，低CVEを示す無色透明・耐熱・絶縁性ポリマーの分子設計を行った。特に、④の脂環式酸無水物とm-フェニレンジアミンから合成されるPI群については，その特異な構造から低CVEと極めて高い光透明性，低誘電率が得られたことから，薄膜の光学物性（光透過性、屈折率、複屈折、熱光学係数）と誘電特性の評価を行い，このPI群が新規の光電子機能性高分子として優れた特性を示すことを明らかにした。
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