2021 Fiscal Year Annual Research Report
機能性高分子の階層的分子鎖ダイナミクスおよび電荷特性
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20H02802
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
川口 大輔 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70362267)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 分子鎖ダイナミクス / 凝集状態 / 薄膜化効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エレクトロニクス・エネルギーデバイスにおいて高分子は薄膜状態で使用されることにより界面の影響を強く受けるため、その凝集状態および熱運動性はバルクとは異なることが予想される。本研究は、高分子鎖の凝集状態およびダイナミクスとその制御因子を明らかにし、機能との相関を明らかにすることを目的とした基盤研究である。今年度は半結晶性高分子の凝集状態に及ぼす薄膜化効果ならびに面内における配向状態について明らかにした。具体的には次のとおりである。
1．結晶性高分子の一つであるイソタクチックポリプロピレン(iPP)の薄膜状態における分子鎖凝集状態について検討した。斜入射広角X線回折(GIWAXD)測定に基づき、薄膜化に伴い、結晶ラメラの折りたたみ面が基板に対して平行方向に配向したエッジオンラメラが優先的に生成することを明らかにした。また、和周波発生(SFG)分光測定により(結晶/非晶)界面におけるiPP鎖の局所コンフォメーションが評価できることを見出した。
２．合成高分子にはじめてSFG顕微鏡観察を適用した。試料として、分子鎖が一次元および二次元に配向した、一軸配向ポリフッ化ビニリデン(PVDF)膜およびスピンコートiPP膜を用いた。斜入射広角X線回折測定に基づき、一軸配向PVDF膜中のβ晶は分子鎖軸を表面に対して平行方向に配向していることを確認した。SFG顕微鏡観察に基づき、一方向に配向した縞状構造を観察し、それが表面および膜内部のラメラフィブリルに対応することを示した。相対的に配向度の低いスピンコートiPP膜においてもラメラフィブリルに起因する縞状構造を観察したが、その強度とコントラストは一軸配向PVDF膜よりも著しく低いことを見出した。さらに、分子鎖配向に基づく高分子の化学組成マッピングをSFG顕微鏡観察により実現した。
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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
本年度までの進捗で、半結晶性高分子の凝集状態に及ぼす表面・界面効果に関する理解が進んだ。特に、これまで難しかった表面・界面における面内の配向分布の評価が可能になった。これは、機能発現に及ぼす界面の因子を系統的に理解していく上で重要な知見である。以上のことから、本年度の進捗状況はおおむね順調であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、界面における機能の発現因子に関する検討に注力する。エバネッセント波励起過渡吸収分光測定に基づき、界面における高分子半導体の電荷生成について検討する。電荷生成速度の温度依存性を評価し、セグメント運動との相関について議論する。また、光学系を変更し、界面における非共役高分子における電子移動の評価へと展開し、分子鎖ダイナミクスとの相関について検討する。
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