2018 Fiscal Year Research-status Report
Surface fluctuation before dewetting of thin films studied by X-ray photon correlation spectroscopy
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18K05226
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
星野 大樹 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 研究員 (20569173)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | X線光子相関分光法 / ダイナミクス / 表面・界面揺らぎ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、コヒーレントX線を用いたダイナミクス測定手法であるX線光子相関分光法により、薄膜のdewettingに関する揺らぎを議論するものである。dewetting現象においては、ダイナミクスの速さだけでなく、その安定性が重要と考えられる。すなわち、安定した薄膜では、薄膜表面の揺らぎは流体力学的に導かれる分散関係を有し、各波数に対して一定の速度を持つと考えられるが、dewettingに至る薄膜では、膜の不安定性を反映し、ダイナミクスの速さが時間軸に対して大きく揺らぐと推測される。
平成30年度は、表面・界面現象に関わるダイナミクスの揺らぎの評価として、対向表面間に挟まれた高分子試料のダイナミクスの安定性を評価する手法の確立を中心に研究を進めた。具体的には、ガラス転移点近傍でのポリ酢酸ビニル中のマーカー粒子のダイナミクスを、X線光子相関分光法により測定し、剪断を加えることで剪断速度に対するダイナミクスの変化を議論した。解析では、散乱強度の時間自己相関関数に加え、より高次の相関関数を計算することで、ダイナミクスの安定性についても議論した。その結果、ガラス転移点近傍で本質的に現れるダイナミクスの不安定性が、剪断速度の増加に伴ってダイナミクスの不安定性が低下すること、特徴的なダイナミクスの時間スケールが速くなることを見出した。こうした議論は、薄膜のdewettingにおける揺らぎの議論にも適用可能で、ダイナミクスの安定性がdewettingに及ぼす影響についても議論を進める予定である。
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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
平成30年度は、界面現象に関わる揺らぎの安定性に着目し、ガラス転移点近傍での剪断下のダイナミクスの安定性の評価を進めた。その結果、ガラス転移点近傍で存在する動的不均一性が、剪断速度の増加に伴って減少することを観測した。これらの実験手法、解析手法はdewetting現象の議論においても重要で、すぐに適用可能なものである。今後、薄膜の表面揺らぎの解析に本解析手法を適用することで、dewettingに関するダイナミクスの議論を深めることが可能で、本研究課題の目的が達成できると考える。以上の理由から、本研究が順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
ダイナミクスの安定性に着目し、薄膜のdewettingに関わるダイナミクスの議論を進める。本年度は、実際に厚みや分子量を変えたポリスチレン薄膜に対して測定を実施し、dewetting過程でのダイナミクスの変化を観測する。特にダイナミクスの安定性の変化について議論するために、X線照射損傷を無視できる程度の短時間（数分～10分程度）でdewettingを起こす試料を選定し、そのダイナミクスを連続的に測定する。これにより、dewettingに至る表面揺らぎダイナミクスの全体像を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
（理由）研究開始当初、薄膜表面の揺らぎ評価のために顕微鏡等の物品費が必要と考えていたが、対向表面間のダイナミクスの安定性の議論を中心に行ったことで、既存の装置で対応可能となり、当初予算よりも少ない支出で研究が進み、差額が発生した。
（使用計画）次年度は、薄膜試料を準備するための種々の試薬と、X線測定で使用する真空セルが必要であり、これらが物品費の大半を占める予定である。旅費については、成果発表のための3回程度の国内学会参加を予定している。
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