4成分5元ブロック共重合体による新規タイリング構造の構築

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K05176
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分35010:高分子化学関連
• 研究機関: 公益財団法人豊田理化学研究所
• 研究代表者: 松下 裕秀 公益財団法人豊田理化学研究所, フェロー事業部門, フェロー (60157302)
• 研究分担者: 鈴木 次郎 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 計算科学センター, 准教授 (40415047)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: ブロック共重合体 / モルフォロジー / ブレンド / 周期タイリング / 12回対称準結晶 / ランダムタイリング / フェイゾン歪

研究成果の概要

両端ブロックA,P の体積分率が等しくS1, S2 の比γ(=ΦS1/ΦS2)が異なる3 種の4成分5元ブロック共重合体AS1IS2P (A:ポリ４ビニルベンジルジメチルアミン, S:ポリスチレン, I:ポリイソプレン, P:ポリ２ビニルピリジン)ブレンド物のバルク構造を調べた。 透過型電子顕微鏡観察と小角Ｘ線散乱により、0.80 < γ < 1.00 の広い範囲で12回対称準結晶タイリングの基本条件△/□=4/√3 = 2.31を満たすことを確認した。画像処理から、３分子ブレンド物において理論が予想するランダムタイリングと酷似しフェイゾン歪が極めて小さな領域を発見した。

自由記述の分野

高分子有機材料および関連分野　高分子材料関連

研究成果の学術的意義や社会的意義

非相容成分から構成されるブロック共重合体は濃厚系及びバルク系では自己組織化構造を示し、通常は構成成分の組成比により系統的に変わる周期構造を作る。特定のブロックにストレスがかかる分子設計を施すと、従来の構造構築とは異なる原理が働き、分子サイズを越えた大周期や準周期をもつ構造が生成する。本研究で扱った4成分5元ブロック共重合体もその代表例であり周期構造を越えた１２回対称準周期構造を作りやすいことが判明した。この成果は凝集系の構造論構築の最先端に位置するもので、大きな学術的な意義を持つ。また、準周期構造はメタマテリアルとして機能することが予想され、新しいソフト材料設計の指針としても貴重である。