2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Monodisperse Block Polymers for High Precision and High Resolution Nanofabrication
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20H02792
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
磯野 拓也 北海道大学, 工学研究院, 助教 (70740075)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 敏文 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80291235)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 単分散ポリマー / ブロックポリマー / ミクロ相分離 / 自己組織化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、単分散ブロック共重合体（BCP）の自己組織化により各種工学的応用に求められる非対称ラメラ構造やネットワーク状相分離構造などの非古典的ミクロ相分離構造を10 nm以下の超微細領域で発現・制御することを目的としている。さらに、この成果を基礎とすることで、既存BCPでは実現できなかった半導体回路パターンの構築やナノポーラス材料の精密構造制御などに応用することを最終目標とする。今年度は、下記の二点について重点的に検討を行った。
①ネットワーク状相分離構造の構築：過去の研究において、オリゴ糖鎖と天然由来炭化水素（テルペノイド）からなる単分散BCPがジャイロイド構造を形成することを見出している。この材料について、昇温・降温下における小角X線散乱測定を行うことで熱処理温度が相分離構造に与える影響を詳細に調査した。その結果、興味深いことに、室温からある一定の温度まで昇温する過程において、準安定なネットワーク構造として知られる穴あきラメラ（HPL）構造を形成することが判明した。さらに、薄膜中においても安定なHPL構造を形成することを斜入射SAXS測定から明らかにした。このことより、糖鎖含有単分散BCPは非古典的なネットワーク状相分離構造の構築に有用であることを見出した。
②非対称ラメラ構造の構築：非対称ラメラ構造の構築を目指し、オリゴ糖-b-オリゴジメチルシロキサン-b-オリゴ糖というシーケンスの単分散BCPを新規に合成した。しかし、合成過程においてオリゴジメチルシロキサンブロックが交換反応を起こしてわずかに多分散化することが判明した。SAXS測定を行った結果、糖鎖体積分率に応じて周期間隔6 nm程度の非対称ラメラ構造が確認でき、非対称度で2.8程度であった。今後は多分散化する副反応の抑制と非対称度の向上を検討する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
準安定構造として知られる穴あきラメラ構造を、単分散BCPを用いることでバルク中ならびに薄膜中で安定的に構築できたことは特筆すべき成果である。また、非対称度は最終目標に到達してはいないものの、非対称ラメラ構造を構築するための分子設計指針をほぼ確立することが出来ている。以上より、本研究は当初の計画以上に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、単分散BCPの如何なる分子構造パラメータが非古典的ネットワーク状相分離構造の形成に繋がっているかを明らかにする。これにより、単分散BCPによる普遍的なネットワーク状相分離構造の構築法を確立する。また、体積分率の最適化によって非対称ラメラ構造の非対称度の向上を目指す。この他、糖鎖以外の単分散ビルディングブロックの導入も検討し、単分散BCPの分子設計の幅を広げたいと考えている。
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