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昨年度、ポリメチルメタクリレート(PMMA)板をマイカを用いて熱インプリントすることにより、分子平滑板が作成できること、その上にLangmuir-Blodgett(LB)法でPMMA孤立鎖を積層し、高温で実時間、原子間力顕微鏡(AFM)観察することにより、PMMA板表面およびその上に積層したPMMA孤立鎖が、いずれもバルクガラス転移温度(Tg)に近い温度で運動を開始し、PMMA表面で大幅なTg低下が起きていないことを見出している。
PMMA板表面を高温AFM観察することで耐熱性を直接評価可能であることを見出したため、本年度は、熱インプリントにより分子平滑面を作成し、その上にPMMA孤立鎖を積層することなく、基板上に溶液ディップ法で薄膜を作成し、その耐熱性を高温AFMで直接評価することを試みた。ポリマーとしては、PMMAに加えて、ポリスチレン(PS)を評価した。また、高温で連続撮影したAFM像から、粒子画像流速測定法を用いて定量的に分子運動を評価した。その結果、(1)PMMA表面は、バルクTgの10度程度低温から運動を開始するのに対して、PS表面は、バルクTgの50℃以上低温から運動を開始し、表面のTgは材料に大きく依存すること、(2)それぞれの運動の活性化エネルギーは、バルクTgの活性化エネルギーと同等もしくはやや低く、表面のTgを観察していると考えて矛盾がないこと、が明らかになった。
高分子材料表面の分子運動は様々方法で検討されてきたが、最表面の運動を直接評価することは困難であった。本研究は、高分子材料表面を高温AFM観察することで最表層の分子運動が直接評価できることを初めて示したものである。
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