Development of Highly Sensitive Atomic Dynamics Measurement System for the Improvement of the Performance of Tires

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K20600
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: Tohoku University (2021-2022); Kyoto University (2019-2020)
• Principal Investigator: SAITO MAKINA 東北大学, 理学研究科, 准教授 (80717702)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 原子・分子ダイナミクス / 放射光 / 準弾性散乱 / 核共鳴散乱 / メスバウアー / ゴム

Outline of Final Research Achievements

In this study, we first improved the measurement efficiency of time-domain interferometry by a factor of two. In addition, the developed new system was found to visualize the temporal relaxation of the microstructure more clearly. Using this new method, we found that the addition of silica nanoparticles to polybutadiene rubber slows down the Johari-Goldstein (JG) relaxation. On the other hand, we found that the JG relaxation becomes faster when the polybutadiene rubber is stretched in the absence of silica nanoparticles. These results provide new and important insights for understanding the properties and improving the functionality of polymeric materials, as the addition of silica nanoparticles and stretching slow and accelerate the JG relaxation, respectively.

Free Research Field

量子ビーム物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

Johari-Goldstein(JG)緩和はプラスチックなどの非晶質固体の粘弾性特性や破壊力学特性、安定性に強い影響を与える緩和であるため精力的に研究されている。しかし、その微視的な起源（緩和の描像）は未だ明らかになっていない。本研究の結果は、ゴム中のJG緩和に対するシリカナノ粒子添加や延伸の影響を明らかにしただけでなく、JG緩和の起源に関する大きなヒントを与えるものである。本研究から得られた特異な挙動をもとにJG緩和の描像を明らかにしていくことで、微視的な構造ダイナミクスの観点から高分子物質のマクロ物性の微視的理解やその機能改善の道を切り開くことが可能となる。