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2008 年度 実績報告書

界面分子鎖ダイナミクスとナノヒーリング発現

研究課題

研究課題/領域番号 19031021
研究機関九州大学

研究代表者

田中 敬二  九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (20325509)

研究分担者 長村 利彦  九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (90117200)
キーワード分子鎖 / 界面 / ダイナミクス / ナノ接着 / AFM / ポリスチレン
研究概要

非晶性高分子を用いて接着界面の面積をナノレベルまでスケールダウンした際の接着力発現機構について考察した。今年度は、ナノ接着強度の温度および引き離し速度依存性から、界面分子鎖拡散に起因する項の詳細を検討した。試料として、単分散のポリスチレン(PS)を用いた。ナノ接着力(F_<nano>)は原子間力顕微鏡(AFM)を用いた力-変位測定に基づき評価した。PSでコートしたAFM用探針をPS膜表面に接触させ、表面のガラス転移温度(T_g)以上、バルクT_g以下の温度(T_<ad>)で、種々の接着時間(t_<ad>)保持した。PS膜を一定速度で垂直方向に引き離し、探針が膜から離れる際のカンチレバーのたわみ量からF_<nano>を求めた。ナノ接着強度(G_N)はF_<nano>を接触面積で除することにより算出した。T_<ad>=365KとしてG_Nの時間発展を評価した。t_<ad>10^3sの時間域では、G_Nはt_<ad>とともに増加し、t_<ad>=10^5s付近で一定となった。この結果は、セグメントが分子鎖熱運動性の活性化した界面層を相互拡散し、接着強度が増加した : ことを示している。また、G_Nは界面相互拡散が起こらない時間域においても有限の値であった。以上の結果より、G_Nは凝着力のみに依存する項(G_o)と界面分子鎖拡散に起因する項(G_<diff>の和で表現できると結論した。T_<ad>=365Kで(PS/PS)界面を接着させた場合の界面厚み(d)とG_Nの関係を評価した。dは動的二次イオン質量分析測定に基づき評価した。GNはdとともに増加した。G_<diff>がモノマー間の摩擦に支配される分子鎖引き抜きモデルで記述できると、(G_N〜d^2となる。ここで、Aはパラメータ、f_<mono>はモノマー間の摩擦係数である。一方、G_<diff>が界面厚のみに支配されるとG_N〜dとなる。dとG_Nの関係は、いずれのモデルを仮定しても結果を再現できた。G_<diff>の発現因子について検討するため、G_Nの温度依存性を評価した。Fig.2はt_<ad>を十分長くした場合の平衡G_N値を温度の関数として示している。ここで、G_Nがf_<mono>、すなわち、粘度に比例すると考えると、G_<diff>はWiliams-Landell-Ferry(WLF)型の温度依存性を示すと予想される。T_g^b以上の温度域において、PSのG_NはWLF型の関数でフィットできた。この結果は、G_Nは分子鎖を引き抜く際のモノマー間摩擦に支配されることを示唆している。また、装置改良を行ったことで、G_Nと速度の関係が評価可能となった。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2009 2008

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (1件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Interfacial Mobility of Polymers on Inorganic Solids2009

    • 著者名/発表者名
      K.Tanaka, 他5名
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B 113(14)

      ページ: 4571-4577

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surface Depth Analysis for Fluorinated Block Copolymer Films by X-ray Photoelectron Snectrosconv Using C_60Cluster Ion Beam2008

    • 著者名/発表者名
      K.Tanaka, 他5名
    • 雑誌名

      Appi. Surface Sci 254(17)

      ページ: 5435-5438

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Directional Affinity of Short Peptides for Synthetic Polymers2008

    • 著者名/発表者名
      T.Date, K. Tanaka, 他2名
    • 雑誌名

      Chem. Mater. 20(14)

      ページ: 4536-4538

    • 査読あり
  • [学会発表] Glass Transition Temperature of Polystyrene at Interfaces with Inorganic Substrates by Time-and Space-Resolved Fluorescence Spectroscopy2008

    • 著者名/発表者名
      K. Tanaka, 他4名
    • 学会等名
      The XVth International Congress on Rheology, The Society of Rheology 80^<th> Annual Meeting
    • 発表場所
      California, USA
    • 年月日
      2008-08-05
  • [図書] 高分子表面・界面分析法の新展開、15章異種固体におけるガラス転移温度2009

    • 著者名/発表者名
      田中敬二、長村利彦
    • 総ページ数
      11
    • 出版者
      (株)シーエムシー出版
  • [産業財産権] 表面改質されたポリマー構造体の製造方法2008

    • 発明者名
      田中敬二, 他5名
    • 権利者名
      九州大学他1社
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2008/057874
    • 出願年月日
      2008-04-23

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公開日: 2010-06-11   更新日: 2016-04-21  

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