2017 Fiscal Year Research-status Report
陽電子寿命測定による高分子材料の変形・ひずみのオペランド分析
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17K05123
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
小林 慶規 早稲田大学, 理工学術院総合研究所(理工学研究所), 客員上級研究員 (90357012)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山脇 正人 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (30526471)
岡 壽崇 東北大学, 高度教養教育・学生支援機構, 助教 (70339745)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 高分子構造・物性 / 陽電子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
延伸ポリエチレン試料を作製し、陽電子消滅寿命測定を行った。試料伸びの増加とともに、オルト（ソ）ポジトロニウム（o-Ps）の寿命が短くなり、その相対強度が増加した。o-Ps寿命の短縮は、高分子のアモルファス構造が延伸によって変化し、自由体積中に局在したo-Psの周囲の電子との重なりが増加したことを示している。また、相対強度の増加は、結晶領域が破壊されてo-Psの生成が増加したことを示唆している。今後、種類の異なる延伸ポリエチレンについて、力学特性の測定とともに陽電子寿命測定を行う。
従来法による陽電子寿命測定では、十分に厚い2枚の試料片で22Na陽電子線源を挟みこむことにより、すべての陽電子を試料内で停止させている。我々は、試料1枚での測定を可能にするアンチコインシデンス法の開発を行っている。延伸ポリエチレンの陽電子寿命をアンチコインシデンス法で測定したところ、o-Psの寿命、相対強度とも従来法とほぼ同様の傾向が得られた。
今後、延伸ポリエチレンについての研究を継続して進め、ポリエチレンの延伸機構の解明をめざす予定である。延伸度が高い試料では、試料が非常に薄くなってしまうため、すべての陽電子を停止できず、アンチコインシデンス法による高精度陽電子寿命測定が難しくなる可能性がある。そこで、試料の背後に陽電子検出器を追加して透過した陽電子による信号をキャンセルすることにより、延伸により薄くなった試料でもアンチコインシデンス法により高精度な測定が出来るようすることを計画している。
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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
延伸ポリエチレン試料を作製し、陽電子消滅寿命測定を行った。試料伸びの増加とともに、オルト（ソ）ポジトロニウム（o-Ps）の寿命が短くなり、その相対強度が増加した。o-Ps寿命の短縮は、高分子のアモルファス構造が延伸によって変化し、自由体積（分子間空隙）中に局在したo-Psの周囲の電子との重なりが増加したことを示している。また、相対強度の増加は、結晶領域が破壊されてo-Psの生成が増加したことを示唆している。陽電子寿命測定では、線源から放出されたすべての陽電子を試料内で停止させる必要があり、従来法では、十分に厚い2枚の試料片で22Na陽電子線源を挟みこんで陽電子を試料内で停止させている。我々は、試料1枚での測定を可能にするアンチコインシデンス法の開発を行っている。1枚の試料片と陽電子検出器で22Na線源を挟みこみ、線源から試料と反対方向に放出された陽電子を陽電子検出器（シンチレータ）で検出する。陽電子寿命は、線源から陽電子が飛び出した際に放出されるγ線と陽電子が消滅した際に放出されるγ線の時間差により測定するが、これらの信号が陽電子検出器からの信号とほぼ同時に検出された場合は、時間差データを記録しない。これによって、試料に入射しなかった陽電子の影響を除去できる。延伸ポリエチレンの陽電子寿命をアンチコインシデンス法で測定したところ、従来法とほぼ同様の傾向が得られた。
延伸高分子における陽電子寿命測定の有用性を示す実験結果が得られていることおよびアンチコインシデンス法で従来法とほぼ同様の傾向が得られていることから、研究はおおむね順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
延伸ポリエチレンについての研究を継続して進める。種類の異なる延伸ポリエチレンについて、力学特性の測定とともに陽電子寿命測定を行う。X線回折法など従来分析法による分析を併せて行い、ポリエチレンの延伸機構を明らかにする。延伸高分子は、リチウムイオン電池のセパレータなど種々の機能材料として用いられており、高分子の延伸機構の解明は、学術およびテクノロジーの両面で重要である。
アンチコインシデンス法による陽電子寿命測定では、試料厚が1 mm厚以下になると陽電子が試料を透過する可能性が考えられる。そこでより高精度な評価を行うため、試料の背後に更に陽電子検出器を配置して透過した陽電子をキャンセルすることにより、延伸により薄くなった試料でも高精度な測定が出来るように対処する。また、数値計算により陽電子の遮蔽率を概算し、実験結果との比較検証を行う。
得られる研究成果は、国際会議などで発表する予定である。
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| Causes of Carryover |
当初、2017年度の延伸ポリエチレンに関する研究成果を同年度に国際会議で発表することを予定していたが、研究を進める中で当初想定していなかった結果が得られる可能性が出てきた。そのため、これらについての詳細なデータを取得し、その成果を2018年度に国際会議などで発表することがより適切であると判断した。そのため、当初予定していた国際会議に関する経費（渡航費、参加登録費など）を2018年に使用することとした。これ以外の経費については、当初計画にしたがって使用する予定である。
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