2020 Fiscal Year Annual Research Report
Design of block copolymer to create single-nanosized microphase structure
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19H02769
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
佐藤 敏文 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80291235)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 拓矢 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30525986)
磯野 拓也 北海道大学, 工学研究院, 助教 (70740075)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ミクロ相分離 / ブロック共重合体 / 特殊構造高分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ミクロ相分離構造の周期間隔を5nm程度に制御する新規方法論の確立を目指して、様々な分子設計のブロック共重合体（BCP）を合成し、各ポリマー構造とミクロ相分離構造の詳細な相関関係を系統的に明らかにしようとするものである。本年度は下記の2点について重点的に検討を行った。
①分子内架橋によるBCPミクロ相分離制御：昨年度までの研究において、両ブロック側鎖に二重結合を導入したBCPの分子内オレフィンメタセシスによりヤヌス型BCPを得ることに成功しており、さらに、架橋前と比較して47%ものミクロ相分離構造の周期間隔縮小を達成した。本年度はこの分子内架橋法を普遍的なミクロ相分離構造制御手法として確立するため、様々な高分子主鎖からなるBCPへ本合成法を適用した。その結果、いくつかの例外を除き、本合成法の一般性が確認できた。
②多環状構造の導入によるBCPミクロ相分離制御：単環状構造を有するBCPは対応する直鎖状体よりも小さな周期間隔のミクロ相分離構造を示すことが知られているが、８の字型のような多環状構造とした場合の影響については検討されていない。ポリエーテル主鎖からなる両親媒性８の字型BCPについて、薄膜中におけるミクロ相分離構造を射入射小角X線散乱法により詳細に解析した結果、対応する直鎖状体と比較して最大７３％もの周期間隔の縮小が確認された。これは単環状BCPで理論的に予想される縮小率（３７％）を大幅に更新するものであり、BCPへの複数の環状ユニット導入による分子サイズ縮小がミクロ相分離の微細化において極めて有用であること示唆している。現在、さらに環状ユニット数の多いBCPについても同様の検討を進めている。
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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
最終目標とする5 nmのミクロ相分離は達成できていないものの、分子内架橋や多環状化という新規手法で大幅なミクロ相分離の周期間隔縮小に成功している。これらの手法を適切なブロックの組み合わせからなるBCPへと適用することで最終目標の達成が十分見込まれる。分子内架橋に関しては合成の普遍性も確認できている。また、多環状構造と周期間隔の縮小率の相関についても理解が進みつつある。以上のような状況から、研究はおおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの検討により、ミクロ相分離構造の周期間隔を縮小するためのBCP分子設計が明らかになってきた。今後はこの知見をもとに、高偏析かつ低分子量のBCPへ本手法を適用することで、目的とする5 nm程度のミクロ相分離構造の実現を狙う。また、実践的なリソグラフィープロセスへの適用を念頭に、耐性強化や相分離構造の均一性向上などの要素を取り入れたBCP材料の設計へと挑戦する。
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