| 研究領域 | ミルフィーユ構造の材料科学-新強化原理に基づく次世代構造材料の創製- |
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| 研究課題/領域番号 |
19H05118
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 埼玉大学 |
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研究代表者 |
藤森 厚裕 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (00361270)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2019年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
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| キーワード | ナノ・ミルフィーユ / 単粒子膜 / 交互積層膜 / 高分子ナノ粒子 / 有機修飾無機ナノ粒子 / 変形に対する層状秩序維持 / キンク状ナノ段差の導入 / 界面摩擦 / ナノミルフィーユ / 高分子ナノ粒子層 / 無機ナノ粒子層 / キンク導入 / 力学物性 / ナノ・ミルフィーユ構造体 / 高分子粒子層 / 交互積層 / 秩序 / パラクリスタル解析 / 粒子間架橋 / ポリマーナノスフィア / Langmuir-Blodgett膜 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ミルフィーユを"ナノ粒子"で創る．硬・軟二種類の，共に粒子径5 nmの『ナノ粒子集積化・単粒子層』を用い，シングルナノ~サブミクロンサイズの自在な厚み周期で交互積層されたナノ・ミルフィーユ構造と，そのキンク化組織を創出し，構造/機能相関(粒子層配列と力学物性増強の相関)の解明に挑む．その結果，本領域の主題でもあるLPSO構造のMg合金で確認されたミルフィーユ構造・キンク強化現象の起源を明らかにし，それを新規有機/無機ナノ複合体の創出にフィードバックする．
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| 研究実績の概要 |
金属材料系(主にMg合金系)に於ける長周期積層(LPSO)構造理論の高分子材料系への拡張の目的で，高分子ナノ粒子層を活用した，「ナノ・ミルフィーユ構造体」の創出と力学物性増強起源の解明を志向した．
高分子ナノ粒子は，気/水界面で単粒子膜を形成可能な疎水性高分子としてアタクチックポリスチレンを用いた．これを「軟質層」とする傍ら，「硬質層」として酸化物無機ナノ粒子の界面単粒子膜を調整した．具体的にはマグネタイト/四酸化三鉄ナノ粒子の最外層表面を長鎖脂肪酸で修飾し，その分散媒を気/水界面に展開することで，単粒子膜を得た．其々の単独粒子積層膜の層状周期をout-of-plane X線回折によって算出したところ，いずれも5 nmの値が得られ，この数値がほぼ粒子直径/単粒子膜厚みに等しいと考えられた．
これら其々の単粒子膜をLangmuir-Bludgett法により交互に積層し，有機/無機の交互積層膜を創出した．これを「ナノ・ミルフィーユ」と称し，パラクリスタル解析や，Scherrerの式による結晶子サイズの算出から，その秩序性を見積もったところ，単独粒子膜の秩序と同等以上の周期性を有していることが判明した．
次に，予め基板半面に長鎖脂肪酸単層膜によるナノサイズの段差を導入し，これを座屈状の「キンク」構造を見做して，粒子積層を行った，キンク導入ナノ・ミルフィーユを創製し，座屈導入前後での秩序維持特性の評価を行った．この際，基板は簡便に延伸変形可能な樹脂製基板を活用し，キンク導入前後のナノミルフィーユを其々一軸延伸変形させた際の，層状周期の位置特性を評価した．この結果，キンクの導入が変形による層状周期性の低下を抑制することが明らかになった．これは，各層間の層間摩擦の影響によるものと判断され，高分子材料系におけるミルフィーユ構造形成による秩序維持が，界面摩擦の恩恵を受ける可能性が示された．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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