電子線トモグラフィーによるナノ構造解析

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350497
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 長谷川 博一 京都大学, 工学研究科, 助教授 (60127123)
• 研究分担者: 竹中 幹人 京都大学, 工学研究科, 助手 (30222102) ; 橋本 竹治 京都大学, 工学研究科, 教授 (20026230)
• キーワード: エレクトロントモグラフィー / 電子顕微鏡 / コンピュータトモグラフィー / ブロック共重合体 / 3次元構造 / ナノテクノロジー / 星形トリブロック共重合体 / ナノコンポジット

研究概要

本研究ではブロック共重合体のミクロ相分離構造やナノテクノロジー材料のナノ構造などナノメートルスケールの高分子集合体やコンポジットの構造を電子線トモグラフィー(TEMT)により3次元観察し、2次元像からはわからなかった構造を明らかにするとともに、ナノ3次元構造観察のためのTEMTの技術を発展させることを目的とした。平成15年度は、ポリスチレン/ポリイソプレン/ポリジメチルシロキサンからなる3成分星形共重合体について、TEMTとエネルギーフィルター電子顕微鏡法(EF-TEM)を併用した3次元構造解析を行い、3相がそれぞれ幾何学的に非常に複雑な曲がった柱状構造をとることを明らかにした。また、ポリスチレン-ポリイソプレン-ポリスチレントリブロック共重合体系におけるBCC球状構造を初めて3次元観察から明らかにするとともに、BCC球状構造からシリンダー構造への相転移過程において、球状ミクロドメインがBCC格子の[111]方向に連結してシリンダー状ミクロドメインが形成される様子を観察し、連結方向が4つの等価な[111]方向の任意の方向に起こり得ることを示した。さらに、一見モノグレイン構造のように見える強制配向させたシリンダー構造においても、シリンダー傾斜角が僅かにことなるグレインバウンダリー構造が存在することを見いだした。その他、ブロック共重合体に見られるHPL構造やミクロドメインの欠陥構造、さらには金属ナノ微粒子やシリカナノ微粒子を含むナノコンポジットの3次元構造の観察にも成功している。また、再構成したノイズの多い3次元構造データを可視化する場合、平滑化に必要な3次元メディアンフィルターを開発するとともに、3次元構造の内部観察に有効なソフトウェアの開発も行った。

研究成果

• [文献書誌] K.Yamauchi, H.Hasegawa, T.Hashimoto, M.Nagao: "Complex Microphase Separation and Microdomain Structures in Polyisoprene-block-poly(D_8-styrene)-block-poly(vinyl methyl ether) Triblock Terpolymer"J.Appl.Cryst.. 36. 708-712 (2003)
• [文献書誌] K.Yamauchi, K.Takahashi, H.Hasegawa et al.: "Microdomain Morphology in an ABC Three-arm Star-shaped Triblock Terpolymer : Study by Energy Filtering TEM and 3D Electron Tomography"Macromolecules. 36. 6962-6966 (2003)
• [文献書誌] T.Hashimoto, K.Yamauchi, D.Yamaguchi, H.Hasegawa: "Competing Short-range and Long-range Interactions in Block Copolymers : A Role of Connectivity in Polymer Science"Macromol.Symp.. 201. 66-75 (2003)
• [文献書誌] 橋本竹治, 山内一浩, 長谷川博一: "3元トリブロック共重合体の相転移(II)"日本化学繊維研究所講演集. 60. 77-85 (2003)
• [文献書誌] 長谷川博一, 橋本竹治: "金属ナノ微粒子を導入した高分子ナノテクノロジー材料"まてりあ. 42. 386-391 (2003)
• [文献書誌] T.Hashimoto, H.Hasegawa: "Controlled Alignments of Metal nanoparticles in Polymer Matrix"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 29. 77-82 (2004)