2020 Fiscal Year Annual Research Report

Formation mechanism of quasicrystals and their approximants in spherical microphase-separated structures of block copolymer

Publicly Offered Research

Project Area	Hypermaterials: Inovation of materials scinece in hyper space
Project/Area Number	20H05269
Research Institution	Nagoya Institute of Technology
Principal Investigator	山本勝宏名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30314082)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2022-03-31
Keywords	準結晶 / ブロック共重合体 / ミクロ相分離構造 / 球状ドメイン / 小角散乱
Outline of Annual Research Achievements	我々が発見してきたブロック共重合体のミクロ相分離構造のσ相および準結晶に加え、既報のブロック共重合体に発見された系に倣い、未発見のブロック共重合体の系を新たに合成し、それらの系で準結晶およびその近似結晶の発現があるか調べてきた。具体的にポリスチレン（PS）とポリアクリル酸メチル（PMA）からなるブロック共重合体を原子移動ラジカル重合による精密重合法で合成し、PSの体積分率として50%と18%の2種類のブロック共重合体を準備した。これらをある割合（体積分率50%試料の方を20-30重量%程度の混合比）で混合することによりフィルムを作成した。その試料を少なくとも4日間180℃で真空熱処理することでσ相（準結晶の近似結晶）およびA15相の形成を確認した。それらをもとに、より短時間（数時間から2日間）の熱処理を施すことで、12回対称準結晶（DDQC）形成を発見することができた。ただしDDQCは熱力学的平衡構造ではなく、σ結晶を形成するまでの過渡的な構造として発現していると思われる。こられの研究成果の一部を学術論文にまとめ報告した。このような複雑な球状ドメインの配列様式を発現するには、球状ドメインの形状に原因があるとされている。通常は球状ドメインの形状が完全な球形であるとすると体心立方格子を組む傾向にあるが、σ結晶は球状ドメインの形状がいびつな形をしていることを仮定する必要がある。現在、散乱パターンからその形状の再現を試みている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 我々が発見してきたブロック共重合体のミクロ相分離構造のσ相および準結晶に加え、既報のブロック共重合体に発見された系に倣い、新しく未発見のブロック共重合体の系で準結晶およびその近似結晶の発現があるか調べた。具体的にポリスチレン（PS）とポリアクリル酸メチル（PMA）からなるブロック共重合体を合成し、PSの体積分率として50%と18%の2種類のブロック共重合体をある割合で混合することによりフィルムを作成した。その試料を少なく都の4日間180℃で真空熱処理することでσ結晶形成を確認できた。また2日間程度の熱処理で12回対称準結晶が過渡的構造として形成することも確認できた。これら一連の発見により当初予定していたとおり、様々な高分子ブロック共重合体系において準結晶が発現するという普遍性を示すことができた。論文も一方報告し順調に進行している。
Strategy for Future Research Activity	球状ミクロ相分離構造は通常体心立方格子（BCC）の単位格子を有する構造に配列する。これは、ブロック共重合体球状ミクロドメインのコロナ鎖の存在により、主成分となる空間を密度を均一に保つため、コロナ鎖のコンフォメーションエントロピー減少を最小化にするためBCC構造となる必要がある。一方、球状ドメインがBCC以外の構造を組むためには、球状ドメインの形状を球状から楕円形などになることでコロナ鎖のエントロピー減少を抑制させることが可能となると予想されている。球状ドメイン内のコンフォメーションも同時に考える必要があるのでそのバランスで決まる。球状ドメインの形状に不均一性がσ相や準結晶形成に関与している可能性があるので、その実験的証拠を見出すことに本年度は重点を置く。散乱パターンからの解析と透過型電子顕微鏡による直接観察の遂行する。