2019 Fiscal Year Annual Research Report
Nanophase separation induced lamellar structuring in amorphous homopolymer
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18H02026
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
松井 淳 山形大学, 理学部, 教授 (50361184)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永野 修作 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (40362264)
源明 誠 富山大学, 学術研究部工学系, 准教授 (70334711)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノ相分離 / ミクロ相分離 / 配向制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はナノ相分離現象をブロックコポリマーとのミクロ相分離へと融合すべく可逆的付加開裂連鎖移動(RAFT)重合によりドデシルアクリルアミド(pDDA)とポリエチレングリコール(PEG)からなるブロックコポリマーpDDA-b-PEGを合成し、その相分離構造について原子間力顕微鏡(AFM)、X線回折(斜入射を含む)、透過型電子顕微鏡測定(TEM)により考察を行った。PEGの重合度を45に固定しpDDAの重合度を60から218まで変化させたブロックコポリマーを合成した。断面TEM観察より全てにおいてPEGがスフィア状の相分離構造を形成する事がわかった。そこでこれらのブロックコポリマーを加湿下でアニールしpDDA部位のナノ相分離を誘起した。pDDA部位の構造についてXRD測定により解析したところ重合度60ではpDDAラメラに基づくBragg回折が2次までしか見られないのに対し、それ以降では3次まで明確に観察する事ができた。これはPEG部位がpDDAラメラの形成を阻害しているためである。そこで加湿アニールした膜の表面形状をAFMで観察したところ、全てのブロックコポリマーにおいてPEGがドットを形成している様子が観測された。特にpDDAの重合度が80のものはドットが六方最密構造で配列されている様子が観測された。一方でpDDAの重合度が60のものは一部ドットの形成が観測されずこれはXRDの結果よりpDDAのラメラ形成が阻害されているためである。そこで六方最密構造が観測されたpDDAの重合度が80のものの構造をさらに小角X線回折(GI-SAXS)、断面TEMより回折した。GI-SAXSパターンはPEGがナノシリンダーを形成し垂直配向しているパターンが観察され、その構造は断面TEMにおいて確認された。これよりpDDAのナノ相分離を利用することでミクロ相分離構造の配向制御を達成した。
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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
ナノ相分離とミクロ相分離の融合による新たな相構造の形成を目指したところ、その一つの解として垂直配向シリンダーの形成を実現出来たため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度はナノ相分離とミクロ相分離の融合により垂直配向シリンダーの形成を達成した。本構造はブロックコポリマーの一方のブロックが側鎖型液晶分子であるもので観測されておりアルキルアクリルアミドポリマーがリオトロピック液晶性であるという昨年度の結果と一致する。そこで今後はスフィア構造からシリンダー構造への転移する様子をGI-SAXSやTEMを用いて追求していく。一般的にはスフィアがシリンダーへ変化するときに六方最密から正方格子型に配列する必要がある。そこで、配向途中で架橋などにより構造を凍結させることで、この正方格子型の構造をとらえていきたい。また、昨年度より引き続き、側鎖に親水性基を導入し加湿ではなく側鎖間での相分離を用いる事でラメラ構造を形成させる。その際に親水基の含有率やその分子体積を変えることでラメラ構造の制御を進めて行く予定である。現在、予備的かっかとして含有率の変化によりラメラ構造が転移している様相が見られている。そこで、ミクロ相分離における相図のようにモノマーの体積分率にともなうラメラ構造構造の相図を作り、ランダムコポリマーにおける自己組織化構造に関する学理を完成させる。
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