2017 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 / 配向 / 高圧 / 小角X線散乱 / エントロピー / ナノパターニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、①棒状高分子（ポリシラン）のスメクチック相の層間に球状分子（テトラアルキルシラン）がサイズ特異的に相分離する自己組織化現象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。本年度の研究実績は以下の通りである。
①ポリシランの形成するスメクチック相の層間に偏析して層間隔を広げるテトラアルキルシランのアルキル鎖長（球径）には最適値が存在し、この値はポリシランのアルキル側鎖長（円筒直径）と正の相関があることを昨年までの検討で見出した。本年度は、ポリシランの配向サンプルの広角X線測定により繊維周期と主鎖のらせん対称性を明らかにし、分子力学計算によりモデリングした構造を用いた分子動力学計算により、球状分子およびポリシランの自乗平均回転半径を算出して比較した。その結果、スメクチック相の層間に選択的に偏析する球状粒子の直径は、ポリシランの円筒直径とほぼ等しくなっていることを見出した。このような系の挙動は、剛体モデルを用いたシミュレーションにより圧力（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。本年度下半期に納品された静水圧型X線散乱用高圧セルを用いて、高圧下での混合サンプルの小角X線散乱測定（放射光共同利用実験に採択（2017G606）され高エネルギー加速器研究機構Photon Factoryに於いて実験を行った）を開始した。現在まで、に高圧力下での球状分子の偏析の促進を確認している。
②基板上に展開した棒状高分子／球状分子混合系を棒状高分子の貧溶媒で洗浄し、球状分子のみを洗い出す検討を行ったが、層構造がうまく残らず難しいことが分かった。酸素プラズマにより球状分子のみをアッシングした後、基板をドライエッチングするアプローチを検討中である。
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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広角X線回折と分子モデリングにより明らかにした分子模型を用いた分子動力学計算により、分子の相対的な大きさが構造形成にどのように関わっているのかを定量的に明らかにすることができた。また、静水圧型X線散乱用高圧セルが納品、放射光共同利用実験に採択（課題番号2017G606＠高エネルギー加速器研究機構Photon Factory）され、高圧X線測定を開始した。実験の条件出しと並行して混合サンプルの小角X線散乱実験を開始しており、高圧化でより多くの球状分子が層間に偏析することを確認している。
②シリコン基板上に展開したスメクチック相の層間の球状分子のみを、ポリシランの貧溶媒（かつ球状分子の良溶媒）で洗い流す検討を行ったが、スメクチック層構造が残らず良い条件が見つかっていない。酸素プラズマエッチングによる球状分子のアッシングと基板のドライエッチングによるパターニングにアプローチを変更して検討中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
①高エネルギー加速器研究機構Photon Factoryにおいて、棒状高分子／球状分子混合系の高圧X線散乱測定を行い、圧力、温度、混合比の関数として、混合系の液晶相挙動を解明する。同時に、単純に混合するのではなく、ビニルモノマーのATRPにより末端からポリマー鎖を伸長させ、コイル-ロッド-コイルブロック共重合体を合成し、同様な高圧X線散乱測定により液晶相挙動の比較を行う。
②スメクチック相の層間に分離した球状分子の酸素プラズマエッチングによる選択的アッシングを検討する。同時に残ったポリシランをマスクとして用いた下地基板の深堀エッチングにより、スメクチック相をテンプレートとして用いたラインパターニングを検討する。
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| Causes of Carryover |
小額の残額が発生したため次年度使用とした。消耗品費として使用予定である。
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