| 研究課題/領域番号 |
15550109
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
高分子化学
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| 研究機関 | (財)高輝度光科学研究センター (2004-2005)
九州大学 (2003) |
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研究代表者 |
佐々木 園 (財)高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門・動的構造チーム, 副主幹研究員 (40304745)
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| 研究分担者 |
菊地 裕嗣 (菊池 裕嗣) 九州大学, 先導物質化学研究所 融合材料部門, 教授 (50186201)
田中 敬二 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (20325509)
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| 研究期間 (年度) |
2003 – 2005
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| 研究課題ステータス |
完了 (2005年度)
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| 配分額 *注記 |
3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2005年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2004年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2003年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
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| キーワード | 結晶性高分子薄膜 / SR-GIXD法 / SR-GISZXS法 / 大型放射光施設SPring-8 / パラクリスタル格子乱れ / ラメラ積層構造 / 高次構造解析 / 熱処理効果 / SR-GISAXS法 / 高密度ポリエチレン / 放射光視斜角入射X線回折(SR-GIXD)法 / 結晶構造 / 高分子-基板間の熱応力 / 結晶性高分子固体表面構造解析 / ポリエチレン / 視斜角入射X線回折(GIXD)法 / 放射光X線回折 / パラクリスタル解析 |
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| 研究概要 |
本研究では、研究題目にある"表面"という枠を超えて"薄膜"状態にある高分子鎖、すなわち、"狭い空間"に閉じ込められた高分子鎖が形成する秩序構造特性を分子レベルで明らかにするこどができた。本研究で行った放射光微小角入射小角X線散乱(SR-GISAXS)実験法は、SPring-8における新規構造物性研究手法として今後の発展が期待されている。以下にその概要を示す。
1)シリコン基板上に高密度ポリエチレン(HDPE)の.p-xylene溶液からディップコート薄膜(膜厚:約400nm)およびそれを基板上で溶融後等温結晶化した試料の分子鎖パッキング構造を、ラボスケールおよび放射光(SR)を利用した微小角入射X線回折(GIXD)測定により.評価した。SR-GIXD測定は、大型放射光施設SPring-8のBL13XUビームラインを利用して行った。膜表面に対する入射角をPEの全反射臨界角以下および以上の低角でX線を照射して、膜表面近傍および膜全体(バルク)からの面内(In-plane)回折をそれぞれ検出した。GIXDプロファイル解析の結果、In-plane方向における斜方晶格子定数aおよびbは、膜表面近傍で膜バルクよりも短いことが明らかになった。ここで、aおよびb軸の長さは、分子鎖間距離に対応する。一方、同一PEの塊状試料の粉末回折プロファイルから結晶格子サイズを求めたところ、塊状試料の斜方晶格子定数aおよびbは薄膜表面のそれらより若干短い値が得られた。このことから、PEとシリコン基板の熱膨張係数の違いから、製膜時それらの界面近傍で面内方向に歪みが誘起され、薄膜バルクの結晶格子サイズに影響を与えたことが示唆された。
2)GIXDデータに対してパラクリスタル解析を行い、膜バルクと比較して、膜表面近傍で結晶格子の乱れが大きいことを明らかにした。これと同様の傾向が、製膜条件、等温結晶化条件および熱処理条件を変えた薄膜で得られたことから、膜表面の自由エネルギーや潜熱の放熱と関係する表面に特有な現象であることが示唆された。
3)結晶性高分子薄膜の分子およびメゾスケールの構造特性の関わりを解明するために、SPring-8のBL40B2ビームラインを利用したSR-GISAXS測定によりHDPE薄膜のラメラ積層構造を評価した。その結果、2D-GISAXSパターンで膜面内方向のみに数十nmの長周期に対応する反射が検出され、ラメラは膜面内方向に規則的に積層した状態であることが明らかになった。GIXD実験結果からラメラを構成している分子鎖は、相対的に基板に平行配向していることが示唆された。
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