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ガラス形成ソフトマター超薄膜に顕れる特殊な緩和と隠れた相転移の探究

研究課題

研究課題/領域番号 17K05617
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
研究機関関西学院大学

研究代表者

高橋 功  関西学院大学, 理工学部, 教授 (10212010)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード高分子 / 薄膜 / ガラス転移 / 緩和現象 / シンクロトロン放射光 / 緩和 / X線回折・散乱 / 相転移 / 過冷却液体 / アモルファス / 表面・界面 / エンタルピー緩和 / 高分子薄膜 / 過冷却液体・ガラス転移 / 超薄膜 / 表面・界面物性 / 高分子構造・物性 / 複雑系
研究成果の概要

厚さ数~数十nm のガラス形成高分子薄膜の表面モホロジー(表面形態)、膜厚、さらに半結晶性の高分子超薄膜に対しては結晶構造と結晶化度・配向性を大型放射光施設SPring-8 の放射光も含めたX 線回折・散乱により精密に決定・評価し、原子間力顕微鏡による評価とを総合することで、ガラス転移とそれに伴って顕れる緩和過程の膜厚依存性を研究した。今回の研究では特に(1)薄膜および表面領域のガラス転移に顕れる“相転移性”の探究 (2)膜厚に顕れる薄膜ガラス固有の緩和の探究 (3)新たな薄膜ガラスエンジニアリング手法の開発 に注力して研究を行い成果を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

研究成果の概要に記した項目(1)については今回の研究期間内に試料表面における電子密度関数の相関の温度変化についてのデータを得ることが出来たわけであるが、これは長年にわたり議論されてきたガラス転移の本質を理解するための一助となるものと期待される。(2)については分子間相互作用などが異なるタイプの高分子に調査対象を広げて緩和測定を行うことで、ガラスに対する、特に薄膜ガラスに対する我々の見解を部分的に改めざるを得ないと考えさせられるレベルの知見を得た。(3)についてはガラス化した薄膜の結晶化技術に大きな進展が見られ、長年未解明であったソフトマター結晶の構造解析に成功したということを記しておきたい。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 5件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Shanghai Synchrotron Radiation Facility(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Unusual thickness relaxation of spin-coated polystyrene ultrathin films in the glassy state2020

    • 著者名/発表者名
      Yang Chunming、Takahashi Isao
    • 雑誌名

      Polymer

      巻: 186 ページ: 121972-121972

    • DOI

      10.1016/j.polymer.2019.121972

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Glass transition behavior of perpendicularly aligned thermotropic liquid crystalline phases consisting of long-chain trehalose lipids2020

    • 著者名/発表者名
      Ogawa Shigesaburo、Ono Yoshitaka、Takahashi Isao
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Liquids

      巻: 298 ページ: 111954-111954

    • DOI

      10.1016/j.molliq.2019.111954

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unveiling the Uniqueness of Crystal Structure and Crystalline Phase Behavior of Anhydrous Octyl β-D-Glucoside Using Aligned Assembly on a Surface2020

    • 著者名/発表者名
      Ogawa Shigesaburo、Takahashi Isao
    • 雑誌名

      Polymers

      巻: 12 号: 3 ページ: 671-671

    • DOI

      10.3390/polym12030671

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 糖脂質のガラス転移に伴うラメラ液晶相の層間長の変化2019

    • 著者名/発表者名
      小河 重三郎、大野 慶貴、高橋 功
    • 雑誌名

      低温生物工学会誌

      巻: 65 号: 2 ページ: 85-88

    • DOI

      10.20585/cryobolcryotechnol.65.2_85

    • NAID

      130007782642

    • ISSN
      1340-7902, 2424-1555
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study on phase separation in an ultra-thin poly(methyl methacrylate)/poly(4-vinyl phenol) film by infrared reflection absorption spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Terasaki Morihisa、Khasanah、Ozaki Yukihiro、Takahashi Isao、Sato Harumi
    • 雑誌名

      Polymer

      巻: 135 ページ: 69-75

    • DOI

      10.1016/j.polymer.2017.12.012

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of Freeze–Thaw Treatment on the Precipitation of Octyl <i>β</i>-D-Galactoside Hemihydrate Crystal from the Aqueous Solution2018

    • 著者名/発表者名
      Ogawa Shigesaburo、Takahashi Isao、Koga Maito、Asakura Kouichi、Osanai Shuichi
    • 雑誌名

      Journal of Oleo Science

      巻: 67 号: 5 ページ: 627-637

    • DOI

      10.5650/jos.ess17232

    • NAID

      130006729589

    • ISSN
      1345-8957, 1347-3352
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Physicochemical characterization of 6-O-acyl trehalose fatty acid monoesters in desiccated system2018

    • 著者名/発表者名
      Ogawa Shigesaburo、Honda Koji、Tsubomura Taro、Totani Kiichiro、Takahashi Isao、Hara Setsuko
    • 雑誌名

      Chemistry and Physics of Lipids

      巻: 216 ページ: 80-90

    • DOI

      10.1016/j.chemphyslip.2018.09.012

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-organisation and characterisation of hierarchical structures in trimethyl β-cyclodextrin nano-films2018

    • 著者名/発表者名
      Ogawa S.、Ashida K.、Kaneko T.、Takahashi I.
    • 雑誌名

      Materials Chemistry Frontiers

      巻: 2 号: 12 ページ: 2191-2200

    • DOI

      10.1039/c8qm00299a

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Temperature-Dependent Thickness Variation of Ultrathin Trimethyl β-Cyclodextrin Film Supported by a Si Substrate2018

    • 著者名/発表者名
      Shigesaburo OGAWA, Isao TAKAHASHI
    • 雑誌名

      Cryobiology and Cryotechnology

      巻: 64 ページ: 19-27

    • NAID

      130007387248

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coagel Prepared from Aqueous Octyl β-d-Galactoside Solution2017

    • 著者名/発表者名
      Shigesaburo Ogawa, Maito Koga, Kouichi Asakura, Isao Takahashi, Shuichi Osanai
    • 雑誌名

      Journal of Surfactants and Detergents

      巻: 20 号: 1 ページ: 255-261

    • DOI

      10.1007/s11743-016-1894-8

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Crystallization of Ultrathin Poly(3-hydroxybutyrate) Films in Blends with Small Amounts of Poly(L-lactic Acid): Correlation between Film Thickness and Molecular Weight of Poly(L-lactic Acid)2017

    • 著者名/発表者名
      Khasanah, Isao Takahashi, Kummetha Raghunatha Reddy, and Yukihiro Ozaki
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 7 号: 83 ページ: 52651-52660

    • DOI

      10.1039/c7ra10996b

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Structural Characterization of Perpendicularly Aligned Submicrometer-Thick Synthetic Glycolipid Polycrystalline Films Using Conventional X-ray Diffraction2017

    • 著者名/発表者名
      Shigesaburo Ogawa, Isao Takahashi
    • 雑誌名

      Crystals

      巻: 7 号: 12 ページ: 356-356

    • DOI

      10.3390/cryst7120356

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Thickness-Dependent Glass Transition Temperature, Thermal-History-Dependent Transition Width, and Inherently Observed Negative Thermal Expansivity of Glassy Poly 4-vinylphenol Ultrathin Films2019

    • 著者名/発表者名
      Saki Kashihara, Yuta Yamasaki, Isao Takahashi
    • 学会等名
      The 14th International Conference on The Structure of Non-crystalline Materials (NCM14)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thickness Dependence of Relaxation in Spin-Coated, Polymethyl Methacrylate Ultrathin Films2019

    • 著者名/発表者名
      Tulika Sharma, Masaaki Konishi, Isao Takahashi
    • 学会等名
      The 14th International Conference on The Structure of Non-crystalline Materials (NCM14)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of isothemal expansion and memory effect PS and PMMA2019

    • 著者名/発表者名
      Tulika Sharma, Chunming Yang, Isao Takahashi
    • 学会等名
      16th Conference of the Asian Crystallographic Association
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Negative thermal expansivity and ultraslow relaxation observed in glassy poly-4vinylphenol(PVPh) ultrathin films2019

    • 著者名/発表者名
      Saki Kashihara, Yuta Yamasaki, Isao Takahashi
    • 学会等名
      16th Conference of the Asian Crystallographic Association
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] トレハロース脂質配向液晶ナノ薄膜のガラス転移挙動に関する検討2019

    • 著者名/発表者名
      小河 重三郎、大野 慶貴、高橋 功
    • 学会等名
      第64回低温生物工学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 生分解性高分子poly lactic acid薄膜と超薄膜の結晶化と配向性 -溶媒,膜厚,温度依存性-2019

    • 著者名/発表者名
      山形俊平、阪口文哉、高橋功
    • 学会等名
      日本結晶学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ポリ4ビニルフェノール(PVPh)薄膜に顕れる負の熱膨張現象のアニール条件依存性2019

    • 著者名/発表者名
      柏原冴妃、山崎雄太、高橋功
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 様々なその場測定手法を用いたポリスチレン(PS)、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)膜のアニールの効果とガラス転移現象の評価2018

    • 著者名/発表者名
      鳴川啓輔、阪口文哉、高橋功
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)薄膜と基板との相互作用がもたらす膜厚の長時間緩和2018

    • 著者名/発表者名
      小西真晶、松本大輝、鳴川啓輔、關屋和貴、高橋功
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 慣性半径以下の膜厚を有するガラス形成ポリスチレンの緩和過程の温度依存2018

    • 著者名/発表者名
      西尾孔明、玉野雄一朗、高橋功
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ポリスチレン薄膜の自由表面領域のガラス転移温度の評価2018

    • 著者名/発表者名
      玉野雄一朗、西尾孔明、鳴川啓輔、高橋功
    • 学会等名
      日本結晶学会平成30年度年会及び総会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ポリ4ビニルフェノール薄膜のガラス転移温度の膜厚依存性2018

    • 著者名/発表者名
      柏原冴妃、高橋功
    • 学会等名
      日本結晶学会平成30年度年会及び総会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Structural Insights into Alkyl β-D-Glycoside Crystals Unveiled by Grazing-Incidence Wide-Angle X-ray Diffraction Analyses2017

    • 著者名/発表者名
      Shigesaburo Ogawa and Isao Takahashi
    • 学会等名
      The 5th Annual Conference of AnalytiX-2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 表面敏感微小角入射X線散乱を用いたポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)膜のガラス転移現象の評価2017

    • 著者名/発表者名
      鳴川啓輔、高橋功
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] SiOH基板上に支持されたPMMA薄膜の緩和過程に現れる初期膜厚依存性の調査2017

    • 著者名/発表者名
      小西真晶、鳴川啓輔、關屋和貴、高橋功
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ポリスチレン(PS)薄膜の膜厚の緩和過程の温度依存性と緩和規模の急激な増減2017

    • 著者名/発表者名
      西尾孔明、高橋功
    • 学会等名
      日本結晶学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [図書] 新版 X線反射率法入門(桜井健次編)2018

    • 著者名/発表者名
      淡路直樹、上田和浩、奥田浩司、表和彦、川村朋晃、桜井健次、高橋功、竹中久貴、谷克彦、林好一、日野正裕、水沢まり、宮田登、矢野陽子
    • 総ページ数
      384
    • 出版者
      講談社
    • ISBN
      9784061532960
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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