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Cooperative Dynamics of Guest Molecules Confined in Nano-space of Polymer Cocrystals and the Exploration as a Functional Material

Research Project

Project/Area Number 19K05601
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 35020:Polymer materials-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

URAKAWA OSAMU  大阪大学, 理学研究科, 准教授 (70273539)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 井上 正志  大阪大学, 理学研究科, 教授 (80201937)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsシンジオタクチックポリスチレン / δ相 / ε相 / 包接 / ゲスト分子 / 誘電緩和 / ダイナミクス / 回転緩和 / 活性化エネルギー / ブロードバンド誘電緩和測定 / 緩和時間 / Arrhenius式 / 包接分子 / 拘束効果 / 分子運動 / ナノ空間 / リラクサー
Outline of Research at the Start

シンジオタクチックポリスチレンが低分子ゲストを包接して形成するδ相およびε相と呼ばれる共結晶体配向試料について,広帯域誘電緩和法によりゲスト分子のダイナミクスを評価する.δ相では個々のゲスト分子が孤立した空間に閉じ込められるが,ε相ではchannel状の空間にゲスト分子が並んで配列することが明らかとなっており,各相におけるゲストダイナミクスの違いを明らかにすることで,分子運動の異方性および協調運動性に関する情報を得る.さらに,ゲスト緩和時間の分子サイズおよび形状依存性についても系統的な調査をする.以上の実験的検討により,誘電メモリーなどの機能材料に必要な条件を探る.

Outline of Final Research Achievements

We examined the dynamics of various guest molecules accommodated in the two types of co-crystalline structures of syndiotactic polystyrene (sPS), δ and γ phases, by dielectric relaxation measurements. We found that the main factor controlling the guest molecular motion was the length of the guest molecules. Comparing the δ- and ε-phases, we discovered that the former structure strongly constrains the guest motion and makes the relaxation times longer and the activation energies higher. When the sPS film was stretched and oriented, the dielectric relaxation strength increased for the δ phase and decreased for the ε phase. This result indicates the anisotropic motion of guest molecules: the rotational axes are parallel and perpendicular to the sPS chain axis in the δ and ε phases, respectively.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

sPSに包接された極性ゲスト分子のダイナミクスが,分子サイズ(長軸の長さ)によって概ね決定されること明らかにした.これは,拘束された分子の運動を一般化したという意味で学術的に意義がある.また,すべてのゲスト分子で緩和時間の温度依存性がアレニウス形となったことは,孤立分子がガラス化しないことを示しており,ガラス転移という現象の本質が垣間見えた点でも意義がある.更に,sPSという汎用高分子を,誘電メモリーやエレクトレットデバイス等の機能性材料とするために,ゲスト分子サイズが主な制御因子となることを見出した点は,社会実装のために重要な成果である.

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2021 2019

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Viscoelastic Relaxation of Polymerized Ionic Liquid and Lithium Salt Mixtures: Effect of Salt Concentration2021

    • Author(s)
      Yokokoji Arisa、Kitayama Wakana、Wichai Kamonthira、Urakawa Osamu、Matsumoto Atsushi、Vao-Soongnern Visit、Inoue Tadashi
    • Journal Title

      Polymers

      Volume: 13 Issue: 11 Pages: 1772-1772

    • DOI

      10.3390/polym13111772

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] Phase equilibrium and dielectric relaxation in mixture of 5CB with dilute dimethyl phthalate: effect of coupling between orientation and composition fluctuations on molecular dynamics in isotropic one-phase state2021

    • Author(s)
      Shimada Ryoko、Urakawa Osamu、Inoue Tadashi、Watanabe Hiroshi
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 17 Issue: 25 Pages: 6259-6272

    • DOI

      10.1039/d1sm00496d

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rheological Scaling of Ionic Liquid-Based Polyelectrolytes in the Semidilute Unentangled Regime from Low to High Salt Concentrations2021

    • Author(s)
      Matsumoto Atsushi、Yoshizawa Ryota、Urakawa Osamu、Inoue Tadashi、Shen Amy Q.
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 54 Issue: 12 Pages: 5648-5661

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.1c00576

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Dynamics of the Topological Network Formed by Movable Crosslinks: Effect of Sliding Motion on Dielectric and Viscoelastic Relaxation Behavior2021

    • Author(s)
      Kashiwagi Yu、Urakawa Osamu、Zhao Sheng、Takashima Yoshinori、Harada Akira、Inoue Tadashi
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 54 Issue: 7 Pages: 3321-3333

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.0c02568

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] ポリスチレン結晶ナノ空間に包接された低分子の特異なダイナミクス2021

    • Author(s)
      浦川 理
    • Organizer
      東京大学物性研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Specific Dynamics of Small Guest Molecules Confined in Clathrate Structure of Syndiotactic Polystyrene2021

    • Author(s)
      Osamu Urakawa
    • Organizer
      POLYSOLVAT-13
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] シンジオタクチックポリスチレンのε結晶相に包接され たゲスト分子のダイナミクス2021

    • Author(s)
      井上 遼哉
    • Organizer
      高分子討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Ionic conductivity and mechanical properties of lithium salt-doped polymerized ionic liquid electrolytes2021

    • Author(s)
      Kamonthira Wichai
    • Organizer
      高分子討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] シンジオタクチックポリスチレンのδ結晶およびε結晶に包接されたゲスト低分子のダイナミクス2019

    • Author(s)
      浦川 理
    • Organizer
      第68回高分子討論会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 結晶ナノ空間に包接された分子の特異なダイナミクス2019

    • Author(s)
      浦川 理
    • Organizer
      近畿大学化学コースセミナー
    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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