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2021 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, 准教授 (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:昨年度までに、オリゴ糖とテルペノイドからなる単分散BCPがネットワーク状相分離構造を形成することを見出した。本年度はネットワーク構造と分子構造の相関を深く理解するため、ブロック間をつなぐリンカー構造や炭化水素部のキラリティーの影響に着目した。リンカー部分をこれまでの脂肪族炭化水素からベンゼン環に置き換えたところ、より広い温度範囲でHPLを形成できることが分かった。さらに、炭化水素部位のキラリティーの影響を検証した結果、バルク中での自己組織化には大きな影響は見られないものの、薄膜中ではラセミ体よりも光学活性体のほうが高度に配向制御されたジャイロイド構造を導くことを見出した。
②ナノポーラス材料合成への応用:①の検討により、糖鎖含有BCPはネットワーク状相分離構造を構築するプラットフォームとして有用であることが判明した。この構造体をナノポーラス材料合成へ応用するため、糖鎖と無機高分子(低分子量PDMS)からなるBCPを新規に合成した。糖鎖体積分率を最適化することで、薄膜中において高度に配向制御されたジャイロイド構造の構築に成功した。このジャイロイド薄膜を反応性イオンエッチングすることで糖鎖ドメインを除去すると同時にPDMSドメインをシリカへと変換した。エッチング後の薄膜もジャイロイド構造を維持していることが確認できた。

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

単分散BCPを用いることで、ネットワーク状相分離構造をバルク中で構築できただけに留まらず、薄膜中において極めて高度に配向制御されたジャイロイドやHPL構造を構築できたことは特筆すべき成果である。また、ネットワーク構造を安定性を向上させる分子設計指針も確立しつつある。さらなる検討が必要な段階ではあるが、ジャイロイドとHPL以外のネットワーク構造の形成を示唆する結果も得られており、糖鎖含有単分散BCPがネットワーク構造を構築するプラットフォームとして大変優れていることを見出した。加えて、無機高分子との組み合わせによりネットワーク構造を実際にナノポーラス材料へと変換することにも成功した。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

今後はこれまで得られてきた糖鎖含有単分散BCPに関する知見をもとに、三元系の単分散ブロックポリマーへと展開して三成分からなるネットワーク構造などの構築へ挑む。さらに、これまでの検討において、ジャイロイドやHPL以外のネットワーク構造やその他の複雑なミクロ相分離構造の形成を示唆する結果が得られているため、さらなる検討を続けることで単分散BCPによる非古典的ミクロ相分離構造の構築について知見を深める。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] CERMAV-CNRS(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      CERMAV-CNRS
  • [国際共同研究] 国立清華大学(台湾)(その他の国・地域)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      国立清華大学(台湾)
  • [雑誌論文] Self-assembly of carbohydrate-based block copolymer systems: glyconanoparticles and highly nanostructured thin films2022

    • 著者名/発表者名
      Li Hong、Mumtaz Muhammad、Isono Takuya、Satoh Toshifumi、Chen Wen-Chang、Borsali Redouane
    • 雑誌名

      Polymer Journal

      巻: 54 ページ: 455~464

    • DOI

      10.1038/s41428-021-00604-w

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhanced Self-Assembly and Mechanical Properties of Cellulose-Based Triblock Copolymers: Comparisons with Amylose-Based Triblock Copolymers2021

    • 著者名/発表者名
      Katsuhara Satoshi、Takagi Yasuko、Sunagawa Naoki、Igarashi Kiyohiko、Yamamoto Takuya、Tajima Kenji、Isono Takuya、Satoh Toshifumi
    • 雑誌名

      ACS Sustainable Chemistry & Engineering

      巻: 9 ページ: 9779~9788

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.1c02180

    • 査読あり
  • [学会発表] Designing Bio-based Elastomers by Installing Oligosaccharide Segments2022

    • 著者名/発表者名
      Takuya Isono
    • 学会等名
      2022 International Conference on Modern Challenges in Polymer Science and Technology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 無機-糖鎖ハイブリッド材料を用いた超微細三次元ナノ構造体の形成2022

    • 著者名/発表者名
      西村大輝、勝原哲、李采訓、田島健次、磯野拓也、佐藤敏文
    • 学会等名
      2021年度 第56回北海道支部研究発表会
  • [学会発表] Oligosaccharides as Hard Segments for Bio-Based Elastomers2021

    • 著者名/発表者名
      Takuya Isono
    • 学会等名
      JTBPS2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Oligosaccharide-based Block Copolymers: Synthesis, Self-Assembly, and Applications2021

    • 著者名/発表者名
      Takuya Isono
    • 学会等名
      APSMR2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Post-Polymerization Modification of PS-b-PMMA: A Strategy for Fine-Tuning the Microphase-Separated Nanostructures2021

    • 著者名/発表者名
      Takuya Isono
    • 学会等名
      MNC2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] セロオリゴ糖誘導体を一成分とする ABA 型トリブロック共重合体の合成とミクロ相分離挙動2021

    • 著者名/発表者名
      勝原哲・髙木靖子・砂川直輝・五十嵐圭日子・北岡本光・山本拓矢・磯野拓也・田島健次・佐藤敏文
    • 学会等名
      第70回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 糖鎖-無機ハイブリッドブロック共重合体による 5 nm 周期のミクロ相分離構造構築2021

    • 著者名/発表者名
      西村大輝・勝原哲・李采訓・Brian J Ree・山本拓矢・田島健次・磯野拓也・佐藤敏文
    • 学会等名
      第70回高分子学会年次大会
  • [学会発表] Fabrication of Ultrasmall Network Structure from Sugar-Terpenoid Hybrid Materials2021

    • 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
      第70回高分子学会年次大会
  • [学会発表] オリゴ糖と無機高分子からなるブロック共重合体のミクロ相分離挙動2021

    • 著者名/発表者名
      西村大輝・勝原哲・李采訓・Brian J Ree・山本拓矢・田島健次・磯野拓也・佐藤敏文
    • 学会等名
      日本化学会北海道支部2021年夏季研究発表会
  • [学会発表] 糖-テルペノイド複合体による超微細ミクロ相分離構造の構築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
      日本化学会北海道支部2021年夏季研究発表会
  • [学会発表] ポリジメチルシロキサンとオリゴ糖からなる単分散ブロック共重合体の合成とミクロ相分離挙動解析2021

    • 著者名/発表者名
      西村大輝、山本拓矢、田島健次、佐藤敏文、磯野拓也
    • 学会等名
      2021年度 北海道高分子若手研究会
  • [学会発表] セルローストリアセテート含有 ABA 型トリブロック共重合体の合成と力学特性2021

    • 著者名/発表者名
      勝原哲・髙木靖子・砂川直輝・五十嵐圭日子・北岡本光・山本拓矢・磯野拓也・田島健次・佐藤敏文
    • 学会等名
      第28回セルロース学会年次大会
  • [学会発表] ポリジメチルシロキサンとオリゴ糖からなる単分散ブロック共重合体の合成と自己組織化2021

    • 著者名/発表者名
      西村大輝 ・Brian J. Ree・山本拓矢 ・田島健次 ・磯野拓也 ・佐藤敏文
    • 学会等名
      第11回CSJ化学フェスタ
  • [学会発表] Construction of Ultrafine Microphase-separated Structure by Sugar-Terpenoid Hybrid Materials2021

    • 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
      Molecular Chirality 2021
  • [学会発表] 無機高分子と糖鎖からなるブロック共重合体を用いた超微細ナノ構造体の構築2021

    • 著者名/発表者名
      西村大輝、勝原哲、李采訓、Brian J. Ree、磯野拓也、山本拓矢、田島健次、佐藤敏文
    • 学会等名
      第70回高分子学会年次大会
  • [備考] 高分子化学研究室

    • URL

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

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公開日: 2022-12-28  

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