メゾらせんハイブリッド構造の創成とその機能

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24310092
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 陣内 浩司 九州大学, 先導物質化学研究所, 特任教授 (20303935)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: ブロック共重合体 / 電子線トモグラフィ / 自己組織化 / メゾスケール / らせん構造

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、代表者が見いだしたメゾスコピックスケール（～数十nm）のらせんピッチを持つ「メゾらせん構造」をベースに、均一なキラリティとメゾスコピックスケールのらせんピッチを備える金属らせん構造が高分子マトリクス中に配列した「メゾらせんハイブリッド構造」の実現を目指している。
H25年度までの2年間の研究において、金ナノ粒子の相分離ドメインへの導入に対する基礎的な知見を得ることができた。外部磁場印可装置が完成し、また、当初計画していた低分子のキラリティを利用したらせん相の巻き方向制御は効果が不十分であることが分かった。
上記の成果を踏まえて、H26年度は、金ナノ粒子のサイズを制御しながららせん相への選択的導入による金属化を進めた。その際、前年度の（メゾらせん構造とは異なる）Gyroid構造への金粒子の導入実験で得られた指針に従った。その結果、金ナノ粒子の粒径がらせん相の直径の1/4～1/3程度以下であればらせん相への選択的導入が可能であることが分かった。次に、このようにして作製した金属含有メゾらせん構造に外部磁化印可装置を作用させ、らせん相の巻き方向の制御を試したが、残念ながら地場の印可の有無により顕著な違いは見られなかった。
しかし、メゾらせん構造を薄膜内で垂直配向させた試料のらせん相の巻き方向を電子線トモグラフィ法により精密に測定したところ、一部の試料でらせんの巻き方向が完全に揃うという結果が得られた。この場合、メゾらせん構造が基板に対して少し傾いており（約8度ほど）、そのために隣接するらせん相の「位相」がずれたことで高分子鎖間の立体干渉が減少したことが原因と考えられる。また、垂直配向が起こる際には基板側から構造形成が起こることも判明した。基板側にメゾらせん構造を少し傾いてアセンブルするような凹凸を付けることでらせん相のキラリティの制御の可能性を見いだしたことになる。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] X-ray computerized tomography observation of the interfacial structure of liquid marbles (2015)
  • Author(s): D. Matsukuma, H. Watanabe, A. Fujimoto, K. Uesugi, A. Takeuchi, Y. Suzuki, H. Jinnai, A.Takahara
  • Journal Title: Bull. Chem. Soc. Jpn. Volume: 88 Pages: 84-88
  • DOI: 10.1246/bcsj.20140260
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Morphological Investigation of Midblock-Sulfonated Block Ionomers Prepared from Solvents Differing in Polarity (2015)
  • Author(s): K. P. Mineart, X. Jiang, H. Jinnai, A. Takahara, R. J. Spontak
  • Journal Title: Macromol. Rapid Comm. Volume: 36 Pages: 432-438
  • DOI: 10.1002/marc.201400627
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A compatible crosslinker for enhancement of CO2 capture of poly(amidoamine) dendrimer-containing polymeric membranes (2015)
  • Author(s): I. Taniguchi, T. Kai, S. Duan, S. Kazama, H. Jinnai
  • Journal Title: J. Membr. Sci. Volume: 475 Pages: 175-183
  • DOI: 10.1016/j.memsci.2014.10.015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] FIB processing for natural rubber with nanomatrix structure (2015)
  • Author(s): L. Fukuhara, K. Kosugi, Y. Yamamoto, H. Jinnai, H. Nishioka, H. Ishii, S. Kawahara
  • Journal Title: Polymer Volume: 57 Pages: 143-149
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2014.11.020
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 1.A Structural Analysis of Microphase Separated Interface in an ABC-Type Triblock Terpolymer by Combining Methods of Synchrotron-Radiation Grazing Incidence Small-angle X-ray Scattering and Electron Microtomography (2015)
  • Author(s): R. Ishige, T. Higuchi, X. Jiang, K. Mita, H. Ogawa, H. Yokoyama, A. Takahara, H. Jinnai
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 48 Pages: in press
  • DOI: 10.1021/ma502596a
• [Journal Article] Large-scale self-assembled zirconium phosphate smectic layers via a simple spray-coating process (2014)
  • Author(s): M. Wong, R. Ishige, K. White, P. Li, D. Kim, R. Krishnamoorti, R. Gunther, T. Higuchi, H. Jinnai, A. Takahara, R. Nishimura, H.-J. Sue
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Pages: 3589
  • DOI: 10.1038/ncomms4589
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Role of Solvent Additive Processing in High Performance Small Molecule Solar Cells (2014)
  • Author(s): L. A. Perez, J. T. Rogers, M. A. Brady, Y. Sun, G. C. Welch, K. Schmidt, M. F. Toney, H. Jinnai, A. J. Heeger, M. L. Chabinyc, G. C. Bazan*, E. J. Kramer
  • Journal Title: Chem. Mater. Volume: 26 Pages: 6531-6541
  • DOI: 10.1021/cm5031987
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Preparation and characterization of polycarbonate nanocomposites based on surface-modified halloysite nanotube (2014)
  • Author(s): H. Jing, Y. Higaki, W. Ma, J. Xi, H. Jinnai, H. Otsuka, A. Takahara
  • Journal Title: Polym. J. Volume: 46 Pages: 307-312
  • DOI: 10.1038/pj.2013.100
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Organic Solar Cells Based on Three-Dimensionally Percolated Polythiophene Nanowires with Enhanced Charge Transport (2014)
  • Author(s): J.-H. Kim, M. Kim, H. Jinnai, T. J. Shin, H. Kim, J. H. Park, S. B. Jo, K. Cho
  • Journal Title: ACS Appl. Mater. Interfaces Volume: 6 Pages: 5640-5650
  • DOI: 10.1021/am501358k
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanometer-scale real-space observation and material processing for polymer materials under atmospheric pressure: application of atmospheric scanning electron microscopy (2014)
  • Author(s): T. Higuchi, D. Murakami, H. Nishiyama, M. Suga, A. Takahara, H. Jinnai
  • Journal Title: Electrochemistry Volume: 82 Pages: 359-363
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.82.359
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Liquid Marbles Supported by Monodisperse Poly(methylsilsesquioxane) Particles (2014)
  • Author(s): H. Watanabe, L. Wang, H. Jinnai, T. J. McCarthy, A. Takahara
  • Journal Title: Langmuir Volume: 30 Pages: 9071－9075
  • DOI: 10.1021/la5017142
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Frustrated Phases: Polymeric Self-Assemblies in 3D Confinement (2014)
  • Author(s): H. Yabu, T. Higuchi, H. Jinnai
  • Journal Title: Soft Matter Volume: 10 Pages: 2919-2931
  • DOI: 10.1039/c3sm52821a
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Epitaxial Phase Transition between Double Gyroid and Cylinder Phase in Diblock Copolymer Thin Film (2014)
  • Author(s): J. Jung, J. Lee, H.-W. Park, T. Chang, H. Sugimori, H. Jinnai
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 47 Pages: 8761-8767
  • DOI: 10.1021/ma5020275
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effect of water swelling on the tribological properties of PMMA spin-cast film and brush in aqueous environment (2014)
  • Author(s): M. Minn, M. Kobayashi, H. Jinnai, H. Watanabe, A. Takahara
  • Journal Title: Tribol. Lett. Volume: 55 Pages: 121-129
  • DOI: 10.1007/s11249-014-0339-7
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Polymer nanostructures observed by electron microscopy (2014)
  • Author(s): H. Jinnai
  • Organizer: 8th International Conference on Materials Science and Technology Tailand-Japan Polymer Initiative
  • Place of Presentation: Bangkok, Tailand
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-16
  • Invited
• [Presentation] Characterization and fabrication of polymeric nano-structures by advanced environmental electron microscopy (2014)
  • Author(s): H. Jinnai
  • Organizer: AsiaNano 2014
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2014-10-26 – 2014-10-29
  • Invited
• [Presentation] Control and fabrication of polymer nano-structures studied by electron microscopy (2014)
  • Author(s): H. Jinnai
  • Organizer: 18th International Microscopy Congress (IMC2014)
  • Place of Presentation: Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-12
  • Invited
• [Presentation] Control and Fabrication of Polymer Nanostructures (2014)
  • Author(s): H. Jinnai
  • Organizer: The IUMRS-ICA 2014 (International Union of Materials Research Societies, International Conference in Asia)
  • Place of Presentation: Fukuoka University, Fukuoka
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-30
  • Invited
• [Presentation] Polymer nano-structures fabricated and observed by electron microscopy (2014)
  • Author(s): H. Jinnai
  • Organizer: The 11th International Symposium of Polymer Physics (PP'2014)
  • Place of Presentation: Nanjing, China
  • Year and Date: 2014-06-08 – 2014-06-12
  • Invited