ブロック共重合体のエピタキシャル構造転移に伴う三次元構造・ダイナミクスの解明

• 研究課題/領域番号: 19031016
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 陣内 浩司 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 准教授 (20303935)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 10,200千円 (直接経費: 10,200千円); 2008年度: 5,700千円 (直接経費: 5,700千円); 2007年度: 4,500千円 (直接経費: 4,500千円)
• キーワード: ブロック共重合体 / 構造転移 / 電子線トモグラフィー法 / エピタキシャル転移 / Gyroid構造

研究概要

本研究は、流動・電場などの外場の印加や温度・圧力などの環境変数の変化に伴うブロック共重合体の構造-構造転移(Order-Order Transition, OOT)を、最先端の透過型電子線トモグラフィー法(3D TEM)により3次元的な実像として捕らえ、その3次元構造とOOTのダイナミクスを明らかにすることを目的とする。
本年度は電子線トモグラフィー法(3D TEM)による構造-構造転移(OOT)の3次元観察を行った。試料としてPoly(styrene-block-isoprene)(SI)を用い、3次元構造であるGyroid構造と棒状ドメインが六法格子状に充填したHexagonally-Packed Cylinder(HEX)構造の間のOOTについて検討した。このSIブロック共重合体が、Gyroid構造を呈している状態から、HEX構造が平衡であるような熱力学的平衡状態へ温度を急変させ(Gyroid⇒HEX)、その転移過程を液体窒素などにより急冷して固定化した上で、2つの構造の接合部分を3D TEMにより立体観察し、得られた画像からドメインの連結性・結晶面などの構造情報を決定した。前年に検討したGyroid構造と孔の空いたレイヤー状の層が積層したHPL構造のOOTの場合と同様、エピタキシャル転移が起こっていることが分かった。従来予測されていたGyroid構造の{111}、{211}、{220}面がシリンダー構造の{001}、{100}、{110}面に転移する様式とともに、Gyroid構造の{220}、{111}、{211}面がシリンダー構造の{001}、{100}、{110}面に転移する新しいOOTも発見した。この結果は、今後のOOT理論に影響を与える重要な結果と考える。

研究成果

• [雑誌論文] New Epitaxial Phase Transition between DG and HEX in PS-b-PI (2009)
  • 著者名/発表者名: H-W. Park, J. Jung, T. Chang, K. Matsunaga, H. Jinnai
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 131 ページ: 46-47
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Three-Dimensional Observations of Order-Order Transition from Gyroid to Cylindrical Structures in a Block Copolymer (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Sugimori, K. Niihara, T. Kaneko, W. Miyoshi and H. Jinnai
  • 雑誌名: Progr. Theor. Phys. Suppl 175 ページ: 166-173
  • NAID: 110007004949
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional visualization of a single block copolymer in lamellar nanodomains (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Morita, T. Kawakatsu, M. Doi, T. Nishi and H. Jinnai
  • 雑誌名: Macromolecules 41 ページ: 4845-4849
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional Imaging in Polymer Science: Its Application to Block Copolymer Morphologies and Rubber Composites (2007)
  • 著者名/発表者名: H., Dohi・H., Kimura・M., Kotani・T., Kaneko・T., Kitaoka・T., Nishi・H., Jinnai
  • 雑誌名: Polymer J. 39 ページ: 794-758
  • NAID: 10019562016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Observation of HPL and DG Structure in PS-b-PI Thin Film by Transmission Electron Microscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: H.-W., Park・K., Im・B., Chung・M., Ree・T., Chang・K., Sawa・H., Jinnai
  • 雑誌名: Macromolecules 40 ページ: 2603-2605
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unusual Phase Behavior of End-Functionalized Polystyrene-block-poly (n-butyl methacrylate) Copolymer with Maleic Anhydride (2007)
  • 著者名/発表者名: J., K., Kim・M., I., Kim・H., J., Kim・D., H., Lee・U., Jeong・H., Jinnai・K., Suda
  • 雑誌名: Macromolecules 40 ページ: 7590-7593
  • 査読あり
• [学会発表] Quantitative electron tomography and its application to polymer nanostr uctures (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Jinnai
  • 学会等名: American Physical Society
  • 発表場所: Pittsburgh, Pennsylvania, USA
  • 年月日: 2009-03-16
• [学会発表] Three-Dimensional Imagings and Structural Analyses for Polymer Related Materials
  • 著者名/発表者名: H., Jinnai
  • 学会等名: the International Symposium on Polymer Analysis and Characterization
  • 発表場所: Crete, Greece
• [図書] 高分子材料の3次元構造解析〜最新技術と可能性〜 (2008)
  • 著者名/発表者名: 齋藤明子、陣内浩司
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: ポリファイル
• [備考]
  • URL: http://www.cis.kit.ac.jp/~mechanic/jinnai/index_j.html
• [備考]
  • URL: http://www.cis.kit.ac.jp/~mechanic/jinnai/articles.html