Direct Observation of Hierarchical Crystallization of Water on the Polymer Surfaces at the Mesoscale.

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05263
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: Gemmei Makoto 富山大学, 学術研究部工学系, 准教授 (70334711)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 水構造 / 高分子界面 / 全反射吸収法 / 近赤外分光法

Outline of Final Research Achievements

The structure of water in polymer brushes was analyzed by total reflection absorption spectroscopy in the near- and mid-infrared regions. Polymer brushes with thicknesses of 70 nm, 217 nm, and 1130 nm were prepared by atom transfer radical polymerization under high pressure. Comparison with aqueous polymer solutions showed that water content of the polymer brush by liquid-water contact was 29 wt%. The near-infrared absorption spectrum of water in the polymer brush revealed that the rotational motion of water molecules is strongly suppressed and is comparable to the mobility of water in a 10 wt% free polymer solution. This indicates that the immobilization of one end of the polymer chain on the solid surface reduces the mobility of the polymer chain, which in turn suppresses the mobility of the water molecules.

Free Research Field

高分子界面科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでの高分子表界面の水の構造解析は，和周波発生分光法によりなされてきたが，界面に限定された水のみの評価であり，厚みのあるメゾスケール領域の水構造の評価はなされてこなかった。本研究では，表界面 100 nmから500 nmの領域を限定的に評価できる近赤外領域の全反射吸収法を実現した。本手法により，近年注目されている高分子ブラシによる固体表面の機能発現に関与するとされる水をメゾスケールで評価可能となった。高分子表面の機能評価および機能発現に関与する水の動態の解明に寄与することができると期待される。