水平方向の温度勾配付与によるポリマーブレンド階層性相分離構造の長距離新秩序の創出

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17350109
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 櫻井 伸一 京都工芸繊維大学, 繊維学部, 助教授 (90215682)
• Keywords: ポリマー溶液 / 散逸構造 / 対流 / 相分離 / 温度勾配 / 濃度勾配 / Soret効果 / 水平方向

Research Abstract

熱力学的非平衡状態で形成される秩序構造は散逸構造と呼ばれる。これまでの研究によると、ポリスチレン(PS)/ポリブタジエン(PB)/フタル酸ジオクチル(DOP)溶液の重力方向に対して上部低温、下部高温の温度勾配を付与すると対流と相分離がカップリングした散逸構造が得られることが分かっている。この系の対流の発生要因は、Soret効果によりポリスチレンが低温側の試料上部に濃縮されることにある。Soret効果とは温度勾配により誘発される濃度勾配である。PS/PB/DOP溶液においてはPSの密度が最も高い。低温側の上部にPSが濃縮されると、溶液の上部と下部において密度の逆転が生じるため、対流が発生するのである。このように、垂直方向に温度勾配を付与する場合、重力の影響を必ず被り、純粋に温度勾配の影響(Soret効果や相分離の自己組織化に与える影響)を調べることができない。そこで本研究では新しい試みとして、垂直ではなく水平方向に温度勾配を付与し、倒立型位相差顕微鏡観察を行った。
これまでにSoret効果が顕著であることが確認されているPS/DOP溶液についてまず実験を行った。その結果、位相差顕微鏡画像の水平方向に輝度の勾配が観察された。位相差顕微鏡観察では、屈折率に応じて輝度が変化するため、輝度の勾配は屈折率の勾配に起因する。溶液の屈折率が変化する要因として、温度変化と濃度変化が考えられる。上記の結果の定量的な解析によると、水平方向の温度勾配の寄与以上に、輝度の勾配が形成されていることがわかった。つまり、温度勾配以外に濃度勾配の寄与が存在していることがわかった。さらに、垂直方向の温度勾配を付与した場合と同様、水平方向の温度勾配を付与して得られた本研究の結果も、PSが低温側に濃縮される傾向にあることがわかった。