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2023 年度 実施状況報告書

固体界面における一本鎖のセグメント運動の視覚的理解とダイナミクスの解明

研究課題

研究課題/領域番号 23K04841
研究機関九州大学

研究代表者

盛満 裕真  九州大学, 工学研究院, 助教 (60961696)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
キーワード直接観察 / セグメント運動 / ダイナミクス / 原子間力顕微鏡 / 接着 / 活性化エネルギー / ポリスチレン
研究実績の概要

本課題は原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、固体基板上における孤立高分子鎖の形態を直接観察することで、他の分子鎖存在に起因する協同運動性を排除した高分子鎖のセグメント運動のダイナミクスを解明することを目的とした。高分子鎖のセグメント運動は、ガラス転移など、高分子材料の主要な特性に寄与する重要な因子であるため、得られる知見は、高分子材料の力学・機能特性の更なる理解と制御に貢献すると期待される。
これまで、「研究活動スタート支援」において、固体基板上における孤立高分子鎖形態を直接観察方法と解析方法の確立した。また、原子間力顕微鏡のACモード(ノンコンタクト)に基づき、軽微な触圧 (0.1 nN以下)での孤立鎖分子鎖を観察する方法を確立した。ポリスチレン(PS)孤立鎖を高さ像を連続測定したデータに基づき、運動性に関する情報を抽出する手法を確立した。
本研究課題1年目は、下記の目標①を達成した。PS孤立鎖の直接観察を行い、測定温度を系統的に変化させ、各温度におけるAFM像の経時変化を取得した。各温度における緩和時間を抽出し各温度における緩和時間マップを作成した。これにより、各位置における緩和時間の温度依存性から活性化エネルギーを算出することに成功した。研究成果は、複数の学会にて発表済みであり、トップジャーナルへの投稿準備中である。

目標① 最もダイナミクスの知見が多い合成高分子として、ポリスチレン(PS)鎖を用い検討を行う。各セグメントにおける緩和時間を抽出し、温度依存を検討する。緩和マップを作成し、バルクや界面における協同的セグメント運動と比較し、ダイナミクスを議論する。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

課題申請時の以下二つの目標の内の一つである①について、おおよその研究が完了したため、おおむね順調に進展していると判断した。

① 最もダイナミクスの知見が多い合成高分子として、ポリスチレン(PS)鎖を用い検討を行う。各セグメントにおける緩和時間を抽出し、温度依存を検討する。緩和マップを作成し、バルクや界面における協同的セグメント運動と比較し、ダイナミクスを議論する。
② 続いて、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、およびPS-r-PMMAランダム共重合体について同様の議論を行う。側鎖やシークエンスなどの一次構造の違いが、セグメント運動に与える効果を解明する。また、それらのセグメント運動の違いが、界面やバルクの協同的セグメント運動、ガラス転移や力学特性に及ぼす影響を明らかにする。

今後の研究の推進方策

課題申請時の目標に沿って、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、およびPS-r-PMMAランダム共重合体について同様の議論を行う。側鎖やシークエンスなどの一次構造の違いが、セグメント運動に与える効果を解明する。また、それらのセグメント運動の違いが、界面やバルクの協同的セグメント運動、ガラス転移や力学特性に及ぼす影響を明らかにする。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2023

すべて 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 5件)

  • [学会発表] Adsorption of Polymer Chains onto a Solid Surface during Spin Coating Process2024

    • 著者名/発表者名
      Yuma Morimitsu, Hisao Matsuno, Keiji Tanaka
    • 学会等名
      APS march meeting 2024
  • [学会発表] 吸着ポリスチレン鎖における熱運動の緩和時間マッピング2023

    • 著者名/発表者名
      盛満裕真、山本 智、田中敬二
    • 学会等名
      レオロジー学会2023年通常総会および第50回記念年会
    • 招待講演
  • [学会発表] ポリスチレン鎖における高さ揺らぎの二次元マッピング2023

    • 著者名/発表者名
      盛満裕真、山本 智、田中敬二
    • 学会等名
      第72回高分子学会年次大会
  • [学会発表] ポリスチレン孤立鎖における熱運動の直接観察と緩和時間マッピング2023

    • 著者名/発表者名
      盛満裕真、山本 智、田中敬二
    • 学会等名
      23-1高分子基礎物性研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Cooperative Adsorption of Polymer Chains on Solids2023

    • 著者名/発表者名
      Yuma Morimitsu, Hisao Matsuno, Yukari Oda, Satoru Yamamoto, Keiji Tanaka
    • 学会等名
      The 9th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 固体界面におけるポリスチレン鎖流動の直接観察2023

    • 著者名/発表者名
      盛満裕真、田中敬二
    • 学会等名
      第71回レオロジー討論会
  • [学会発表] 固体界面における直鎖エポキシ化合物の分子鎖運動の直接観察2023

    • 著者名/発表者名
      志岐優太、 盛満裕真、春藤淳臣、田中敬二
    • 学会等名
      第71回レオロジー討論会
  • [学会発表] Chain Dynamics at Interfaces Visualized by Real Space Observation2023

    • 著者名/発表者名
      Yuma Morimitsu
    • 学会等名
      Chemistry Seminar 2023 Fall @ HangYong Univ.
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 最界面における孤立ポリスチレン鎖の流動の直接観察2023

    • 著者名/発表者名
      盛満裕真、田中敬二
    • 学会等名
      九州地区高分子若手会・冬の講演会
  • [学会発表] 接着界面における高分子鎖ダイナミクスの可視化2023

    • 著者名/発表者名
      盛満裕真、田中敬二
    • 学会等名
      接着界面科学研究会PartⅧ第7回例会
    • 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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