2016 Fiscal Year Research-status Report
棒状高分子のスメクチック相におけるサイズ特異的な相分離とその応用に関する研究
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16K04867
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| Research Institution | Chitose Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
大越 研人 千歳科学技術大学, 理工学部, 教授 (60500139)
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| Project Period (FY) |
2016-10-21 – 2019-03-31
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| Keywords | 液晶 / スメクチック相 / 枯渇作用 / 自己組織化 / 配向 / 無電解めっき / エントロピー / ナノパターニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、分子量分布を非常に狭く制御した剛直棒状高分子（ポリシラン）に、その円筒近似径に等しい径の球状分子を混合すると、高分子鎖が層法線方向に並んだスメクチック液晶相の層間に球状分子がサイズ特異的（高分子の円筒近似径より大きくても小さくてもこのような相分離は起こらない）に相分離する自己組織化現象の発見に端を発している。すなわち本研究の目的は、①このようなサイズ特異的な構造形成のメカニズムの解明と、②発現する10－50 nmの間隔の層状構造を液晶配向膜を利用して基板上に配向展開し、金属ナノパターニングのテンプレートとして利用することにある。
①円筒近似径の異なる棒状高分子として側鎖長の異なるポリシラン（側鎖炭素数8,10,12）を合成し、系の異なる球状分子（アルキル炭素数2～16のテトラアルキルシラン）を20％混合したサンプルのSR-SAXS（シンクロトロン放射光を用いた小角X線散乱）測定を行って形成する構造を調べた。その結果、球状分子が層間に分離して層間隔を広げる球状粒子径は、棒状高分子の円筒近似径が大きくなるほど増大する傾向を示し、構造形成がサイズ特異的であることを明確にすることができた。
このような系の挙動は圧力（数密度）と混合比の関数として相図が理論的に予測されている。理論的予測との比較により構造形成のメカニズムを明らかにすることを目的に、静水圧型X線散乱用高圧セルを用いた高圧下でのX線回折測定を計画しており、昨秋期中採択後に高圧セルの仕様を決定、発注、現在作製中である。
②ラビングした液晶配向膜上にスピンコートした棒状高分子／球状分子混合系を原子間力顕微鏡により観察、発現する層構造の配向挙動の検討を行った。棒状高分子のみではそのらせん構造の掌性に由来して、配向方向がラビング軸に対して時計回りに33度傾くのに対して、球状分子を混合すると配向方向とラビング軸がほぼ一致して良好に配向することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
①異なる円筒近似径の棒状高分子を用いた混合系の検討により、混合した分子間の相対的な大きさが構造形成に本質的な役割を果たしていることを理解することができた。X線回折測定による高圧下での構造形成挙動の解明は、期中採択であることもあり、X線散乱用高圧セル発注、シンクロトロン放射光共同利用実験課題応募にとどまり実験開始に至っていない。②配向膜付基板上に展開したときの層構造の配向挙動は、原子間力顕微鏡観察により球状粒子混合時の方がむしろラビング方向に良好に配向することを明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
①高エネルギー加速器研究機構（KEK）Photon Factoryでの共同利用実験課題を申請中であり、静水圧型X線散乱用高圧セルを用いて高圧下でのシンクロトロン放射光を用いた小角／広角X線回折実験により、圧力（＜400MPa）、混合比の関数として混合系の液晶相挙動を解明する。②酸素プラズマエッチングによる、基板上に配向展開した混合サンプルの層間に分離した球状分子の選択的アッシングを検討する。層間がアッシングされたスメクチック相をマスクとして、下地の配向膜に混合したパラジウム触媒を用いた無電解めっきによるラインパターニングを検討する。
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| Causes of Carryover |
昨秋採択後から、静水圧型X線散乱用高圧セルの仕様を決定、発注したため、現在年度をまたいで作製中である。完成、検収は2017年度となるため、相当額を次年度使用とした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
静水圧型X線散乱用高圧セル（見積額2,883,600円）作製費に使用予定である。
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