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2017 年度 実績報告書

ブロック共重合体の誘導自己組織化における相分離構造形成初期過程の実空間直接観察

研究課題

研究課題/領域番号 16K14001
研究機関東北大学

研究代表者

陣内 浩司  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20303935)

研究分担者 樋口 剛志  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (50547304)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード高分子物性 / 大気圧走査電子顕微鏡 / ブロック共重合体 / 自己組織化
研究実績の概要

本研究では、ブロック共重合体(BCP)薄膜における誘導自己組織化(DSA)を、大気圧走査電子顕微鏡(ASEM)を用いて基板表面近傍におけるミクロ相分離構造形成の初期段階を直接観察し明らかにすることを目的としている。

昨年度は、BCPが形成するミクロ相分離構造の無染色観察に向けたASEMの最適観察所油研の探索を行い、2つのブロック鎖の間の電子密度差の大きい、Poly(styrene-b-forrocenyldimethylsilane)(PS-b-PFS)を用いると、反射電子によるコントラストが十分に得られることが分かった。その結果、ASEMによるミクロ相分離構造の無染色観察の目処をつけることができた。

今年度は、BCP薄膜の成膜時におけるミクロ相分離構造の形成過程の直接観察を試みた。まず、使用する溶媒の電子線に対する安定性を検討した。PS-b-PFSの良溶媒であるクロロホルムおよびトルエンに電子線を照射したところ、クロロホルムでは電子線照射により分解する様子が観察されたのに対して、トルエンは分解や重合反応が起こらず安定していた。そこで、PS-b-PFSのトルエン溶液を用いてミクロ相分離構造の形成過程の直接観察を行った。ポリマー溶液キャスト直後は全く構造が観察されなかったが、約44分経過後にPFSの球状ドメインが観察され始め、時間経過に伴って、粗大化していく様子が観察された。また、溶媒蒸発方向に配向してミクロ相分離構造が形成された。完全にトルエンが蒸発するまで約47分であったことから、ミクロ相分離構造は溶媒蒸発の最終段階で起こっていることが明らかになった。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Controlled Self-Assemblies of Polystyrene-block-polydimethylsiloxane Micelles in Cylindrical Confinement through a Micelle Solution Wetting Method and Rayleigh-Instability-Driven Transformation2017

    • 著者名/発表者名
      H.-W. Ko, T. Higuchi, C.-W. Chang, M.-H. Cheng, K. Isono, M.-H. Chi, H. Jinnai and J.-T. Chen
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 13 ページ: 5428-5436

    • DOI

      10.1039/c7sm01024a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Three-dimensional visualization and characterization of polymeric self-assemblies by transmission electron microtomography2017

    • 著者名/発表者名
      H. Jinnai, T. Higuchi, X. Zhuge, A. Kumamoto, K. J. Batenburg and Y. Ikuhara
    • 雑誌名

      Acc. Chem. Res

      巻: 50 ページ: 1293-1302

    • DOI

      10.1021/acs.accounts.7b00103

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct three-dimensional imaging of the fracture of fiber-rainforced plastic under uniaxial extension: Effect of adhesion between fibers and matrix2017

    • 著者名/発表者名
      H. Saito, Y. Aoyanagi, T. Mihara, T. Tanaka, T. Higuchi, H. Morita and H. Jinnai
    • 雑誌名

      Polymer

      巻: 116 ページ: 556-564

    • DOI

      10.1016/j.polymer.2017.01.072

    • 査読あり
  • [学会発表] Challenges for 3D imaging of polymeric nanostructures by electron microscopy -towards large volume dynamical 3D imaging2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Jinnai
    • 学会等名
      30th International Symposium on Polymer Analysis and Characterization (ISPAC-2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nano-scale structural observations of unstained polymeric materials by transmission electron microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Jinnai
    • 学会等名
      Japan-Taiwan Bilateral Polymer Symposium 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Some challenges for 3D imaging of polymeric nanostructures by electron microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Jinnai
    • 学会等名
      International Symposium on Polymer and Condensed Matter Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] In situ nano-scale observations of polymeric materials under extension by electron microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Jinnai
    • 学会等名
      Japan-Taiwan Bilateral Symposium-Polymeric Materials for Future Vehicles
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 3D imaging of polymeric nanostructures by electron microscopy - towards large volume dynamical 3D imaging2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Jinnai
    • 学会等名
      The 35th International Conference of the Microscopy Society of Thailand (MST35)
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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