2022 Fiscal Year Annual Research Report

Molecular-level understanding of polymer-based adhesive interface by chemical-state mapping using soft X-rays

Research Project

Project/Area Number	20H02702
Research Institution	Institute of Physical and Chemical Research
Principal Investigator	山根宏之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, 客員研究員 (50402459)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	接着 / 界面 / 軟Ｘ線顕微鏡 / 化学イメージング
Outline of Annual Research Achievements	航空機・自動車産業では機体・車体の軽量化が低環境負荷の観点から進められており、その材料には炭素繊維複合材が用いられている。軽量かつ高強度という炭素繊維複合材の機能を活かしきる組み立て技術として接着接合が期待されている。しかしながら、接着強度に直結する分子レベルでの接着メカニズムは明らかになっておらず、接着技術やプロセス管理の信頼性が不足しているという問題がある。このため、炭素繊維複合材の組み立てには接着接合に加え、必ずしも理想的とは言えないボルト締結が併用されている状況にある。炭素繊維複合材料の接着界面の化学状態分布を可視化できれば、オール接着接合の社会実装に向けた化学状態の制御指針が得られる可能性がある。これまでの研究により、接着界面の軟X線イメージング技術を確立することができた。この知見を基に、2022年度は航空機産業で実際に用いられる炭素繊維複合材と接着剤の接合界面試料を作製し、その軟X線イメージング実験を行った。炭素繊維複合材の接着界面の構成元素に対してマルチチャンネル元素イメージングを行った結果、炭素繊維とマトリックス樹脂およびマトリックス樹脂と接着剤の界面で接着接合に寄与すると解釈できる化学状態分布の可視化に成功した。軟X線顕微鏡で得られた接着界面の化学イメージは、接合界面において水酸基の濃度が局所的に減少していることを示していた。これは接着剤やマトリックス樹脂に含まれる水酸基が共有結合を形成することによるものと解釈できた。これらの成果は学術誌およびプレスリリースで発表した。発表後、招待講演、各企業からの問い合わせ、商業誌での研究紹介など、多くの注目を集めている。
Research Progress Status	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。