クリック反応によるブロック共重合体体積分率の精密制御と3次元共連続ナノ構造の創成

• 研究課題/領域番号: 20H02785
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分35010:高分子化学関連
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 早川 晃鏡 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (60357803)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2022年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2021年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2020年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
• キーワード: ブロック共重合体 / クリック反応 / 体積分率 / 3次元共連続ナノ構造 / ミクロ相分離 / ジャイロイド / 精密構造制御 / ３次元共連続ナノ構造

研究開始時の研究の概要

自己組織化を利用する構造形成はボトムアッププロセスの基盤であり，この技術の発展は精微な物性機能の発現において欠かせない．本研究では，クリック反応によるブロック共重合体の精密な体積分率制御を軸にした３次元共連続ナノ構造の高信頼性創成技術の開拓に取り組み，合成技術の確立と未だ解明されていない基礎的な課題を解決し，幅広い発展が望めるナノ構造材料に展開するための研究基盤を確立する．

研究成果の概要

高分子における３次元共連続ナノ構造の高信頼性創成技術の開拓を目的に，クリック反応によるブロック共重合体の精密な体積分率制御を軸にした物質創成技術の確立に成功し，未だ解明されていない基礎的な課題を解決するとともに幅広い発展が望めるナノ構造材料に展開するための研究基盤づくりにも道筋を立てることができた．特に，本合成技術の確立が従来の研究で再現性に乏しかったジャイロイド界面に代表される３次元共連続構造の形成を確実なものにできたことは大きな成果であった．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、クリック反応による化学組成制御を基にブロック共重合体の体積分率を精密に制御し、多様な3次元共連続ナノ構造の創製に成功した．特に，ジャイロイドやFdddの3次元共連続構造形態を高い再現性で形成できる物質創成技術を新しく確立することができたことは，学術研究の基盤づくりにも大きな貢献を果たしたと言える．これはナノ材料の創製技術における重要な進展であり、学術的には高分子の一次構造から高次構造に至る精密制御と多様性の実現について理解を深めることができ，また社会的には新たなナノ材料の開発や既存の材料性能の改善に資する可能性を示すことに繋がったと言える．

研究成果

• [雑誌論文] Control of microphase-separated structures by tuning the functional groups and the degree of modification for a single block copolymer (2023)
  • 著者名/発表者名: Lin Zhengdan、Nabae Yuta、Hayakawa Teruaki
  • 雑誌名: Polymer Chemistry 巻: 14 号: 17 ページ: 2045-2053
  • DOI: 10.1039/d2py01435a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Creation of Thermal Response Ordered Mesostructure Polymer Particles Using Diblock Copolymers via 3D Confined Self‐Assembly (2023)
  • 著者名/発表者名: Tong Liang、Nabae Yuta、Hirai Tomoyasu、Yabu Hiroshi、Hayakawa Teruaki
  • 雑誌名: Macromolecular Chemistry and Physics 巻: 224 号: 7 ページ: 2200402-2200402
  • DOI: 10.1002/macp.202200402
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis and Higher-order Structural Characterization of Polyimides Containing Chain-length-controlled Polysiloxanes (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Erina、Nabae Yuta、Hayakawa Teruaki
  • 雑誌名: Journal of Photopolymer Science and Technology 巻: 35 号: 3 ページ: 265-270
  • DOI: 10.2494/photopolymer.35.265
  • ISSN: 0914-9244, 1349-6336
  • 年月日: 2022-12-16
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Long-Range Ordered Lamellar Formation with Lower Molecular Weight PS-PMMA Block Copolymers: Significant Effects of Discrete Oligopeptides at the Junction (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura Tomoka、Morishita Tomofumi、Agata Yoshihiro、Nagashima Kodai、Wylie Kevin、Nabae Yuta、Hayakawa Teruaki、Ouchi Makoto
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 55 号: 6 ページ: 2148-2159
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.1c02569
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orientation Control of the Microphase-separated Nanostructures of Block Copolymers on Polyimide Substrates (2021)
  • 著者名/発表者名: Maeda Hayato、Nabae Yuta、Hayakawa Teruaki
  • 雑誌名: Journal of Photopolymer Science and Technology 巻: 34 号: 5 ページ: 439-448
  • DOI: 10.2494/photopolymer.34.439
  • NAID: 130008119629
  • ISSN: 0914-9244, 1349-6336
  • 年月日: 2021-06-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-assembly of Crosslinked Polyimides Templated by Block Copolymers for Fabrication of Porous Films (2021)
  • 著者名/発表者名: Komamura Takahiro、Nabae Yuta、Hayakawa Teruaki
  • 雑誌名: Journal of Photopolymer Science and Technology 巻: 34 号: 5 ページ: 431-437
  • DOI: 10.2494/photopolymer.34.431
  • NAID: 130008119624
  • ISSN: 0914-9244, 1349-6336
  • 年月日: 2021-06-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long‐Range Ordered Double Gyroid Structures via Solution Casting from Poly(2,2,2‐trifluoroethyl methacrylate)‐ <i>block</i> ‐poly(2‐vinyl pyridine) (2021)
  • 著者名/発表者名: Kurimoto Sho、Tong Liang、Maeda Hayato、Nabae Yuta、Hayakawa Teruaki
  • 雑誌名: Macromolecular Chemistry and Physics 巻: 222 号: 22 ページ: 2100272-2100272
  • DOI: 10.1002/macp.202100272
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chiral Silica with Preferred-Handed Helical Structure via Chiral Transfer (2021)
  • 著者名/発表者名: Kei Manabe, Sung-Yu Tsai, Satoshi Kuretani, Satoshi Kometani, Katsuyuki Ando, Yoshihiro Agata, Noboru Ohta, Yeo-Wan Chiang, I-Ming Lin, Syuji Fujii, Yoshinobu Nakamura, Yu-Ning Chang, Yuta Nabae, Teruaki Hayakawa, Chien-Lung Wang, Ming-Chia Li, and Tomoyasu Hirai
  • 雑誌名: JACS Au 巻: 1 号: 4 ページ: 375-379
  • DOI: 10.1021/jacsau.1c00098
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Chemically Tailored Block Copolymers Based on Polystyrene-b-Polymethacrylates For DSA Patterning (2023)
  • 著者名/発表者名: Teruaki Hayakawa, Shinsuke Maekawa, Yuta Nabae, Takehiro Seshimo, Takahiro Dazai, Kazufumi Sato
  • 学会等名: SPIE. Advanced Lithography+Patterning Mar. 1, 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 機能分離型ポリシロキサン含有ポリイミドの合成および高次構造解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉田絵里菜，前田颯，難波江裕太，早川 晃鏡
  • 学会等名: 第72回高分子年次大会
• [学会発表] ポリ(2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレート-b-スチレン-b-4-ビニルピリジン)の合成とミクロ相分離構造の形成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 宮森雄大，難波江裕太，早川 晃鏡
  • 学会等名: 第72回高分子年次大会
• [学会発表] リビングアニオン重合によるポリスチレンおよびポリメタクリレートに基づくABC/ACBトリブロック共重合体の合成と高次構造解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 上原綾太，前川伸祐，瀬下武広，太宰尚宏，佐藤和史，難波江裕太，早川晃鏡
  • 学会等名: 第72回高分子年次大会
• [学会発表] 強偏析性PS-b-PMMA誘導体の誘導自己組織化による線幅10 nm以下のラインパターンの創製 (2023)
  • 著者名/発表者名: 前川伸祐，瀬下武広，太宰尚宏，佐藤和史，難波江裕太，早川晃鏡
  • 学会等名: 第72回高分子年次大会
• [学会発表] 強偏析性PS-b-PMMA誘導体の精密合成と誘導自己組織化による長距離ドメイン配列制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 前川伸祐，瀬下武広，太宰尚宏，佐藤和史，難波江裕太，早川晃鏡
  • 学会等名: 第71回高分子討論会
• [学会発表] Synthesis of Chemically Tailored PS-b-PMMA Derivatives for Directed Self-Assembly (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Maekawa, Takehiro Seshimo, Takahiro Dazai, Kazufumi Sato, Yuta Nabae, Teruaki Hayakawa
  • 学会等名: The 6th 2022 DSA Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Chemically Tailored Block Copolymers For Directed Self-Assembly (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruaki Hayakawa, Shinsuke Maekawa, Yuta Nabae, Takehiro Seshimo, Takahiro Dazai, Kazufumi Sato
  • 学会等名: The 6th 2022 DSA Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Control of Higher-Order Structures of Diblock Copolymers by Modification of Side Chain Functional Groups (2022)
  • 著者名/発表者名: 永島功大，難波江裕太，早川晃鏡
  • 学会等名: 第71回高分子年次大会
• [学会発表] Dual Modification of a Diblock Copolymer for Structural Tuning and Cross-linking to Obtain Immobilized Perforated Lamella (2022)
  • 著者名/発表者名: odai Nagashima, Yuta Nabae, Teruaki Hayakawa
  • 学会等名: The 6th 2022 DSA Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis and Higher-order Structural Characterization of Polyimides Containing Chain-length-controlled Polysiloxanes (2022)
  • 著者名/発表者名: Erina Yoshida, Yuta Nabae, Teruaki Hayakawa
  • 学会等名: The 39th International Conference of Photopolymer Science and Technology
  • 国際学会
• [学会発表] 鎖長制御されたポリシロキサン含有ポリイミドの合成および高次構造解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉田絵里菜，前田颯，難波江裕太，早川晃鏡
  • 学会等名: 第71回高分子討論会
• [学会発表] Synthesis and Higher-order Structural Characterization of Polyimides Containing Polysiloxane with Controlled Chain Lengths (2022)
  • 著者名/発表者名: Erina Yoshida, Hayato Maeda, Yuta Nabae, Teruaki Hayakawa
  • 学会等名: Polycondensation 2022
  • 国際学会
• [学会発表] 鎖長を制御したポリシロキサン含有ポリイミドの合成と高次構造解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉田絵里菜，前田颯，難波江裕太，早川晃鏡
  • 学会等名: 日本化学会秋季事業 第12回 CSJ化学フェスタ2022
• [学会発表] 鎖長を制御したポリシロキサンを含むポリイミドの合成および高次構造解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉田絵里菜，前田颯，難波江裕太，早川晃鏡
  • 学会等名: 第30回日本ポリイミド・芳香族系高分子会議
• [学会発表] Post-Functionalization of Block Copolymers via Click Chemistry for Controlling the Microphase-Separated Structures (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhengdan Lin, Yuta Nabae, Teruaki Hayakawa
  • 学会等名: The 16th International Conference & Expo on UV/EV Curing in Asia (RadTech Asia 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of Side-Chain Type Block Copolymers via Click Chemistry and Control of Microphase-Separated Structural Morphology (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhengdan Lin, Yuta Nabae, Teruaki Hayakawa
  • 学会等名: 第71回高分子討論会
• [学会発表] ブロック鎖長に分布をもたないブロック共重合型ポリイミドの創成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 前田颯, 難波江裕太, 早川晃鏡
  • 学会等名: 第71回高分子討論会
• [学会発表] Synthesis of Block-Copolymerized Polyimide with No Distribution of Block-Chain Lengths (2022)
  • 著者名/発表者名: Hayato Maeda, Yuta Nabae, Teruaki Hayakawa
  • 学会等名: Polycondensation 2022
  • 国際学会
• [学会発表] ブロック鎖長に分布をもたない剛直・柔軟マルチブロックポリイミドの創成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 前田颯, 難波江裕太, 早川晃鏡
  • 学会等名: 第30回日本ポリイミド・芳香族系高分子会議
• [学会発表] Directed Self-Assembly (DSA) 技術の基礎と新規ブロック共重合体材料の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 早川晃鏡
  • 学会等名: 新化学技術推進協会 電子情報技術部会 ナノフォトニクスエレクトロニクス交流会講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Strongly-segregating Chemically Tailored Block Copolymers For Perpendicularly Oriented and Long-range Ordered Nanostructures in Thin Films (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Maekawa, Lei Dong, Takehiro Seshimo, Takahiro Dazai, Kazufumi Sato, Yuta Nabae, Teruaki Hayakawa
  • 学会等名: The 17th Pacific Polymer Conference (PPC17)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Strongly-segregating Chemically Tailored Block Copolymers For sub-10 nm Patterning (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruaki Hayakawa
  • 学会等名: The 16th International Conference & Expo on UV/EV Curing in Asia (RadTech Asia 2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Directed Self-Assembly (DSA) 技術の基礎と高分子材料開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 早川晃鏡
  • 学会等名: 第52回UV/EB表面加工入門講座実践編
  • 招待講演
• [学会発表] Directed Self-Assembly Materials by Strongly Segregating PS-b-PMMA Derivatives (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruaki Hayakawa, Shinsuke Maekawa, Yuta Nabae, Takehiro Seshimo, Takahiro Dazai, Kazufumi Sato
  • 学会等名: 15th Japan-Belgium Symposium on Polymer Science 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 化学修飾型PS-b-PMMA誘導体の合成と薄膜構造制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 前川伸祐，Dong Lei，太宰尚宏，宮城賢，森貴敬，佐藤和史，難波江裕太，早川晃鏡
  • 学会等名: 第70回 高分子年次大会
• [学会発表] RAFT重合によるポリ(4-ビニルピリジン)-b-ポリ(メタクリル酸2,2,2-トリフルオロエチル)の合成と高次構造解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河原仁美，難波江裕太，早川晃鏡
  • 学会等名: 第70回 高分子学会年次大会
• [学会発表] 階層的多孔構造形成を指向したポリ(4-ビニルピリジン)-b-ポリ(メタクリル酸 2,2,2-トリフルオロエチル)の合成と自己組織化構造解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河原仁美，難波江裕太，早川晃鏡
  • 学会等名: 第70回 高分子討論会
• [学会発表] 階層的ナノ構造形成を目指したポリ(4-ビニルピリジン)-b-ポリ(メタクリル酸2,2,2-トリフルオロエチル)の合成と性質 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河原仁美，難波江裕太，早川晃鏡
  • 学会等名: 第31回 日本MRS年次大会
• [学会発表] Post-functionalizing Block Copolymers For Creating and Controlling Precise Morphologies (2021)
  • 著者名/発表者名: Teruaki Hayakawa
  • 学会等名: Pacifichem 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chemically Tailored Block Copolymers For Patternable Nanostructured Materials (2021)
  • 著者名/発表者名: Teruaki Hayakawa
  • 学会等名: MNC 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Designed Functional Block Copolymers as a Versatile Platform For Nanoscale Periodic Structured Materials (2021)
  • 著者名/発表者名: Teruaki Hayakawa
  • 学会等名: Future of Polymer Chemistry, KAIST Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Post-functionalization of Block Copolymers as a Versatile Platform of Functional Materials (2021)
  • 著者名/発表者名: Teruaki Hayakawa
  • 学会等名: The 48th World Polymer Conference, IUPAC-MACRO+
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Downsizing the Thin Film Domain of Poly(styrene-block-methyl methacrylate) by Introducing Fluorine to Randomly Pre-polymerized Functional Units (2020)
  • 著者名/発表者名: Lei Dong, Kevin Wylie, Ryuichi Nakatani, Yuta Nabae, Teruaki Hayakawa, Takahiro Dazai, Ken Miyagi, Takayoshi Mori, Daisuke Kawana
  • 学会等名: 第69回高分子討論会
• [学会発表] ジブロック共重合体の化学選択的デュアル修飾を利用する高次構造制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永島功大，難波江裕太，早川晃鏡
  • 学会等名: 第69回高分子討論会
• [学会発表] 一分子のセミフルオロアルカンを化学結合点に有するブロック共重合体の合成と ミクロ相分離構造 (2020)
  • 著者名/発表者名: 安形佳宏，難波江裕太，早川晃鏡
  • 学会等名: 第69回高分子年次大会
• [学会発表] 化学選択的デュアル修飾を可能とするブロック共重合体の創成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永島功大，難波江裕太，早川晃鏡
  • 学会等名: 第69回高分子年次大会
• [産業財産権] METHOD OF PRODUCING BLOCK COPOLYMER CAPABLE OF CREATING SPECIFIC STRUCTURE PATTERN (2020)
  • 発明者名: Teruaki HAYAKAWA et al.
  • 権利者名: Teruaki HAYAKAWA et al.
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2020
  • 外国