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2020 年度 実績報告書

超精密・超微細ナノ加工を指向した単分散ブロックポリマーの創製

研究課題

研究課題/領域番号 20H02792
研究機関北海道大学

研究代表者

磯野 拓也  北海道大学, 工学研究院, 助教 (70740075)

研究分担者 佐藤 敏文  北海道大学, 工学研究院, 教授 (80291235)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード単分散ポリマー / ブロックポリマー / ミクロ相分離 / 自己組織化
研究実績の概要

本研究では、単分散ブロック共重合体(BCP)の自己組織化により各種工学的応用に求められる非対称ラメラ構造やネットワーク状相分離構造などの非古典的ミクロ相分離構造を10 nm以下の超微細領域で発現・制御することを目的としている。さらに、この成果を基礎とすることで、既存BCPでは実現できなかった半導体回路パターンの構築やナノポーラス材料の精密構造制御などに応用することを最終目標とする。今年度は、下記の二点について重点的に検討を行った。
①ネットワーク状相分離構造の構築:過去の研究において、オリゴ糖鎖と天然由来炭化水素(テルペノイド)からなる単分散BCPがジャイロイド構造を形成することを見出している。この材料について、昇温・降温下における小角X線散乱測定を行うことで熱処理温度が相分離構造に与える影響を詳細に調査した。その結果、興味深いことに、室温からある一定の温度まで昇温する過程において、準安定なネットワーク構造として知られる穴あきラメラ(HPL)構造を形成することが判明した。さらに、薄膜中においても安定なHPL構造を形成することを斜入射SAXS測定から明らかにした。このことより、糖鎖含有単分散BCPは非古典的なネットワーク状相分離構造の構築に有用であることを見出した。
②非対称ラメラ構造の構築:非対称ラメラ構造の構築を目指し、オリゴ糖-b-オリゴジメチルシロキサン-b-オリゴ糖というシーケンスの単分散BCPを新規に合成した。しかし、合成過程においてオリゴジメチルシロキサンブロックが交換反応を起こしてわずかに多分散化することが判明した。SAXS測定を行った結果、糖鎖体積分率に応じて周期間隔6 nm程度の非対称ラメラ構造が確認でき、非対称度で2.8程度であった。今後は多分散化する副反応の抑制と非対称度の向上を検討する。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

準安定構造として知られる穴あきラメラ構造を、単分散BCPを用いることでバルク中ならびに薄膜中で安定的に構築できたことは特筆すべき成果である。また、非対称度は最終目標に到達してはいないものの、非対称ラメラ構造を構築するための分子設計指針をほぼ確立することが出来ている。以上より、本研究は当初の計画以上に進展していると判断できる。

今後の研究の推進方策

今後は、単分散BCPの如何なる分子構造パラメータが非古典的ネットワーク状相分離構造の形成に繋がっているかを明らかにする。これにより、単分散BCPによる普遍的なネットワーク状相分離構造の構築法を確立する。また、体積分率の最適化によって非対称ラメラ構造の非対称度の向上を目指す。この他、糖鎖以外の単分散ビルディングブロックの導入も検討し、単分散BCPの分子設計の幅を広げたいと考えている。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 5件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] 国立台湾大学(台湾)/国立清華大学(台湾)/国立中央大学(台湾)(その他の国・地域)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      国立台湾大学(台湾)/国立清華大学(台湾)/国立中央大学(台湾)
  • [国際共同研究] 植物高分子研究所(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      植物高分子研究所
  • [雑誌論文] Rapid access to discrete and monodisperse block co-oligomers from sugar and terpenoid toward ultrasmall periodic nanostructures2020

    • 著者名/発表者名
      Isono Takuya、Komaki Ryoya、Lee Chaehun、Kawakami Nao、Ree Brian J.、Watanabe Kodai、Yoshida Kohei、Mamiya Hiroaki、Yamamoto Takuya、Borsali Redouane、Tajima Kenji、Satoh Toshifumi
    • 雑誌名

      Communications Chemistry

      巻: 3 ページ: 135

    • DOI

      10.1038/s42004-020-00385-y

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High‐Performance Nonvolatile Organic Photonic Transistor Memory Devices using Conjugated Rod-Coil Materials as a Floating Gate2020

    • 著者名/発表者名
      Chiang Yun‐Chi、Hung Chih‐Chien、Lin Yan‐Cheng、Chiu Yu‐Cheng、Isono Takuya、Satoh Toshifumi、Chen Wen‐Chang
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 32 ページ: 2002638

    • DOI

      10.1002/adma.202002638

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nanostructure- and Orientation-Controlled Resistive Memory Behaviors of Carbohydrate-block-Polystyrene with Different Molecular Weights via Solvent Annealing2020

    • 著者名/発表者名
      Chuang Tsung-Han、Chiang Yun-Chi、Hsieh Hui-Ching、Isono Takuya、Huang Chao-Wei、Borsali Redouane、Satoh Toshifumi、Chen Wen-Chang
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 12 ページ: 23217~23224

    • DOI

      10.1021/acsami.0c04551

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Carbohydrates as Hard Segments for Sustainable Elastomers: Carbohydrates Direct the Self-Assembly and Mechanical Properties of Fully Bio-Based Block Copolymers2020

    • 著者名/発表者名
      Isono Takuya、Nakahira Saki、Hsieh Hui-Ching、Katsuhara Satoshi、Mamiya Hiroaki、Yamamoto Takuya、Chen Wen-Chang、Borsali Redouane、Tajima Kenji、Satoh Toshifumi
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 53 ページ: 5408~5417

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.0c00611

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Sweet Pluronic poly(propylene oxide)-b-oligosaccharide block copolymer systems: Toward sub-4 nm thin-film nanopattern resolution2020

    • 著者名/発表者名
      Mumtaz Muhammad、Takagi Yasuko、Mamiya Hiroaki、Tajima Kenji、Bouilhac Cecile、Isono Takuya、Satoh Toshifumi、Borsali Redouane
    • 雑誌名

      European Polymer Journal

      巻: 134 ページ: 109831~109831

    • DOI

      10.1016/j.eurpolymj.2020.109831

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 糖トコフェロール複合体による超微細三次元ネットワーク構造の構築2021

    • 著者名/発表者名
      李采 訓・ Brian J. Ree・ Kai Chen・小牧凌也 ・勝原 哲 ・磯野拓也 ・山本拓矢・田島健次・ Hsin-Lung Chen・佐藤敏文
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2021年冬季研究発表会
  • [学会発表] オリゴ糖とオリゴジメチルシロキサンを原料としたブロックコオリゴマーの合成と自己組織化2021

    • 著者名/発表者名
      西村大輝・勝原哲・李采訓・藤原魁佑・Brian J Ree・磯野拓也・山本拓矢・田島健次・佐藤敏文
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2021年冬季研究発表会
  • [学会発表] ポリジメチルシロキサンとオリゴ糖からなるトリブロック共重合体の合成とミクロ相分離構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      西村大輝・勝原哲・李采訓・藤原魁佑・磯野拓也・山本拓矢・田島健次・佐藤敏文
    • 学会等名
      第10回CSJ化学フェスタ2020
  • [学会発表] 糖鎖 含有単分散ブロックコオリゴマーによる 超微細ミクロ相分離 構造の発現2020

    • 著者名/発表者名
      李 采訓・ 小牧凌也 ・ Brian J. Ree ・ 磯野拓也 ・ 山本 拓矢・ 田島健次・ 佐藤敏文
    • 学会等名
      第10回CSJ化学フェスタ2020
  • [学会発表] 超微細 ミクロ相分離構造を実現する 糖鎖含有 単分散ブロックコオリゴマーの合成2020

    • 著者名/発表者名
      李 采訓 ・ 小牧 凌也 ・ 勝原 哲 ・ Brain J. Ree ・ 磯野 拓也 ・ 山本 拓矢 ・ 田島 健次 ・ 佐藤 敏文
    • 学会等名
      第69回高分子討論会
  • [学会発表] シングルナノ スケールでのミクロ相分離を実現するオリゴ糖鎖含有メタロポリマ ーの合成2020

    • 著者名/発表者名
      勝原 哲 ・ 磯野 拓也 ・ 山本 拓矢・ 田島 健次・ 佐藤 敏文
    • 学会等名
      第69回高分子討論会
  • [学会発表] 糖鎖含有ブロック共重合体の合成、自己組織化、応用2020

    • 著者名/発表者名
      磯野拓也
    • 学会等名
      2020年繊維学会秋季研究発表会
    • 招待講演
  • [備考] 高分子化学研究室

    • URL

      https://poly-ac.eng.hokudai.ac.jp/

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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