高分子ガラス転移機構

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650953
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 金谷 利治 京都大学, 化学研究所, 助教授 (20152788)
• 研究分担者: 田崎 誠司 京都大学, 原子炉実験所, 助手 (40197348) ; 海老沢 徹 京都大学, 原子炉実験所, 助教授 (30027453)
• キーワード: ガラス転移 / ボソンピーク / 速い過程 / 非エルゴード性 / 長距離密度揺らぎ / ガス透過性 / 中性子散乱 / 光散乱

研究概要

本研究では、高分子のガラス転移の全貌解明を目指し、多角的に高分子がラス転移の研究を進めた。その結果、本年度は以下のことを明らかにした。
1)ガラス状態において普遍的に観測される非晶特有の励起、ボソンピークの起原の解明は長年のこの分野の夢であるが、本研究ではポリメチルメタクリレーのボソンピークを干渉性非弾性中性子散乱により調べ、ボソンピークがモノマー2・3個に局在したモードであることをはじめて明らかにした。
2)ガラス転移温度以下から出現するピコ秒の速い過程もガラス高分子の未解決問題であり、多くの研究があるが未だにその起原について明確な解答が得られていない。本研究では、干渉性非弾性中性子散乱研究により速い過程も2・3個に局在したモードであることをはじめて明らかにした。
3)これらボソンピークと速い過程の分子論的起原を明らかにするため、分子動力学シミュレーションを行ない。速い過程が高分子のコンフォメーション変化に関係していることを明らかにした。
4)ガラス形成高分子の過冷却状態には、長距離密度揺らぎと呼ばれる数千Åの密度揺らぎが存在するが、その起原を明らかにするため低分子ガラス形成物質オルトターフェニルを用い、その非エルゴ・ド性を光散乱実験より検証した。
5)さらにこれらのガラス状態の運動が高分子フィルムのガス透過性に大きく関与していることを、非弾性中性子散乱実験より明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] T.Kanaya, I.Tsukushi, K.Kaji, M.Teraguchi, G.Kwak, T.Masuda: "Fast Dynamics of Substituted Polyacetylenes in Glassy States and its Relation to Gas Permeability"J. Phys. Soc. Japan Suppl. A. 70. 332-334 (2001)
• [文献書誌] A.Patkowski, H.Glaeser, T.Kanaya, E.W.Fischer: "Apparent Non-Ergodic Behavior of Supercooled Liquids above the Glass Transition Temperature"Phys. Rev.. E64. 315031-315037 (2001)
• [文献書誌] T.Kanaya, I.Tsukushi, K.Kaji, B.Gabrys, S.M.Bennington, H.Furuya: "Evidence of Localized Picosecond Fast Process in Glassy Poly(methyl methacrylate) far below Tg"Phys. Rev.. B64. 144202-144206 (2001)
• [文献書誌] O.Okada, H.Furuya, T.Kanaya: "Molecular Dynamics Simulation of cis-1,4-Polybutadience. 2. Chain Motion and Origin of the Fast Process"Polymer. 43. 977-982 (2002)
• [文献書誌] T.Kanaya, K.Kaji: "Dynamics in the Glassy State and Near the Glass Transition of Amorphous Polymers as Studied by Neutron Scattering"Adv. Polym. Sci.. 154. 88-141 (2001)