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2020 年度 実績報告書

高分子破壊現象プローブのための動的テラヘルツ劣化観察装置の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18H02040
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

渡邉 紳一  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10376535)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード高分子材料 / テラヘルツ光
研究実績の概要

2020年度は、高分子材料の劣化・破壊現象研究の総仕上げとして、黒色ゴム材料と高分子ポリ乳酸材料について、それぞれ応力印加やレーザー光照射などによって人為的に劣化させることにより、劣化後に材料の光学スペクトルがどのように変化するかを詳細に調べ、その起源を探った。本年度の主要な成果は以下の通りである。
(1)黒色ゴムの延伸・収縮にともなうテラヘルツ複屈折スペクトル変化を詳細に調べた。その結果、外部応力印加による力学変形に伴い材料内部に含まれるカーボンブラック凝集体が変形することでスペクトル変化が引き起こされると推測した。さらに黒色ゴムの応力緩和にともなうテラヘルツ複屈折変化の温度依存性を詳細に調べ、その結果からカーボンブラック凝集体がどのように配向緩和するかを考察した。以上の物性変化は高分子材料の劣化現象と深く関わるものであり、今後詳細な解析を進める予定である。
(2)ポリ乳酸結晶にテラヘルツ自由電子レーザーを照射することで、材料の結晶化が進行することを発見した。さらに顕微ラマン分光計測によって、どの部分で結晶化が進行したかを空間分解して捉えることに成功した。
(3)ステレオコンプレックス型ポリ乳酸薄膜試料のテラヘルツ分光スペクトル計測結果を詳細に解析し、材料の結晶化進行とともに吸収スペクトルピークが低エネルギーシフトすることを発見した。この発見について、テラヘルツ周波数帯に共鳴ピークを持つ調和振動子ポテンシャルの非調和性が増した結果によるものであると解釈した。また、ポテンシャル非調和性の起源は、結晶を構成するポリ乳酸分子鎖間に弱い水素結合が形成したことに由来すると考察した。
(4)電気光学変調器を用いた高速テラヘルツ偏光計測装置開発に成功した。

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。

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。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Evaluation of Crystallinity and Hydrogen Bond Formation in Stereocomplex Poly(lactic acid) Films by Terahertz Time-Domain Spectroscopy2020

    • 著者名/発表者名
      J. Hirata, N. Kurokawa, M. Okano, A. Hotta and S. Watanabe
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 53 ページ: 7171-7177

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.0c00237

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrafast coherent control of higher-order spin waves in a nife thin film by double-pulse excitation2020

    • 著者名/発表者名
      M. Okano, T. Takahashi, and S. Watanabe
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 117 ページ: 082407

    • DOI

      10.1063/5.0016340

    • 査読あり
  • [学会発表] Evaluation The Hydrogen Bonding in Stereocomplex Poly(lactic acid) by Terahertz Spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      J. Hirata, N. Kurokawa, M. Okano, A. Hotta, and S. Watanabe
    • 学会等名
      APS March Meeting 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] 黒色ゴムの応力緩和に伴うテラヘルツ周波数帯複屈折変化の温度依存性2021

    • 著者名/発表者名
      神田龍星, 岡野真人, 渡邉紳一
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] 金属磁性体におけるスピン歳差運動の光コヒーレント制御2021

    • 著者名/発表者名
      渡邉紳一, 岡野真人
    • 学会等名
      Spin-RNJ 2020年度年次報告会
  • [学会発表] Coherent control of higher-order spin precession modes in ferromagnetic permalloy thin films by double pulse excitation2020

    • 著者名/発表者名
      M. Okano, T. Takahashi, and S. Watanabe
    • 学会等名
      CLEO 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] 非同期サンプリング法によるテラヘルツ偏光分光測定装置の開発2020

    • 著者名/発表者名
      中川真由莉, 岡野真人, 渡邉紳一
    • 学会等名
      テラヘルツ科学の最先端VII
  • [学会発表] 複素誘電率スペクトル解析によるポリ乳酸薄膜の熱誘起状態変化の観測2020

    • 著者名/発表者名
      岡野真人, 中村円香, 渡邉紳一
    • 学会等名
      テラヘルツ科学の最先端VII
  • [学会発表] テラヘルツ偏光計測によるゴム伸縮過程における内部カーボンナノフィラー構造変化の推定2020

    • 著者名/発表者名
      水田圭祐, 岡野真人, 森本崇宏, 阿多誠介, 渡邉紳一
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] ダブル光パルス励起による金属強磁性薄膜中の高次スピン波モードの制御2020

    • 著者名/発表者名
      岡野真人, 高橋知宏, 渡邉紳一
    • 学会等名
      Spin-RNJ 若手オンライン研究発表会

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公開日: 2022-12-28  

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