2018 Fiscal Year Annual Research Report
高分子薄膜における垂直配向界面の創成と分子配置基盤技術
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17H03113
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
早川 晃鏡 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (60357803)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 垂直配向 / ブロック共重合体 / ミクロ相分離ドメイン / 表面改質膜 / 表面自由エネルギー / 高分子付加反応 / ランダム共重合体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子ミクロ相分離薄膜におけるナノ構造制御に関する研究の一環として，近年重要な課題となっている垂直配向制御に着目し，未だ解明されていない高分子の 一次構造，形態，基板界面，および配向性などとの相関について明らかにし，さらにその垂直配向界面を利用した高度な分子配置技術とサブナノ界面薄膜材料に 展開するための基盤研究である.
前年度に得られた知見を基に，本年度30年度はミクロ相分離ドメインの垂直配向制御における信頼性を高め，さらに広く一般性を追求することを目的に，新たなブロック共重合体（PS-b-PGMA）を用い，これらの概念の検証と垂直配向機構を明らかにすることを目的とした．ポリスチレン（PS）とポリメタクリル酸グリシジル（PGMA）から構成されるPS-b-PGMAはリビングアニオン重合法に従い合成した．続いて，従来に比べてブロック成分のより自由度の高い表面自由エネルギー値の調整を可能とするために，PGMAのグリシジル基と各種チオール化合物の高分子反応による側鎖官能基の導入を図った．アルキル基，フッ素化アルキル基をそれぞれ側鎖に有する各ホモポリマー（PHEtMA，PHFMA）の接触角測定から表面自由エネルギー値の算出を実施した後，各種ブロック共重合体の合成を行った．得られたブロック共重合体の薄膜に対し，前年度までの知見を基に表面改質剤となるランダム共重合体の調整と熱アニーリング温度の最適化を行った．その結果，PSよりも表面自由エネルギー値の低いフッ素化アルキル基を有するブロック共重合体（PS-b-PHFMA）のみでミクロ相分離ドメインの垂直配向が達成され，熱アニーリングの過程で起こるPHFMA成分の表面偏析がミクロ相分離ドメインの垂直配向に有効に働いていることが示唆された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度30年度はミクロ相分離ドメインの垂直配向制御における信頼性を高め，さらに広く一般性を追求することを目的に，新たなブロック共重合体（PS-b-PGMA）を用い，これらの概念の検証と垂直配向機構を明らかにすることを目的とした．
（１）ポリスチレン（PS）とポリメタクリル酸グリシジル（PGMA）から構成されるPS-b-PGMAはリビングアニオン重合法に従い合成した．異なる分子量および組成比が制御された５種類のPS-b-PGMAを準備することに成功した．
（２）ブロック成分のより自由度の高い表面自由エネルギー値の調整を図るために，PGMAのグリシジル基と各種チオール化合物を用いる高分子反応に着目し，アルキル基およびフッ素化アルキル基をそれぞれ側鎖に有する各ホモポリマー（PHEtMA，PHFMA）とブロック共重合体（PS-b-PHEtMA，PS-b-PHFMA）の合成を行い目的物を得た．
（３）得られた各ホモポリマーの接触角測定から表面自由エネルギー値を算出した．
（４）表面改質剤にはPS，ポリメタクリル酸メチル（PMMA）およびPGMAで構成されたランダム共重合体を用い，ブロック共重合体薄膜のミクロ相分離ドメインの垂直配向に関する実験を実施した．熱アニーリング温度の最適化を行いながら，原子間力顕微鏡によるミクロ相分離ドメインの形成と垂直配向観察を行った．その結果，PSよりも表面自由エネルギー値の低いフッ素化アルキル基を有するブロック共重合体（PS-b-PHFMA）のみでミクロ相分離ドメインの垂直配向が進行することがわかった．熱アニーリングの過程で起こるPHFMA成分の表面偏析がミクロ相分離ドメインの垂直配向に有効に働いていることが示唆される興味深い結果を得た．
以上の結果から，本年度の進捗状況は一部計画以上に進展する内容も含んでおり，おおむね順調であると考える.
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度31年度は，前年度2年間で得られた知見を基に，ミクロ相分離ドメインの垂直配向機構を明らかにすることに注力する．ブロック共重合体および表面改質剤に用いるランダム共重合体の化学構造および表面自由エネルギー値，薄膜における膜厚がドメインの垂直配向に及ぼす影響について，電子顕微鏡観察による断面構造解析と原子間力顕微鏡による薄膜表面構造解析により明らかにする．
一方で，ドメインの垂直配向を利用するサブナノ界面薄膜材料の開発を実施する．ブロック成分間の化学結合部位に機能性分子となる有機基を導入し，それらの集合体をブロック共重合体界面に配置配列化させることにより，任意の分子がサブナノメートル界面にて精密に構造制御された新しい界面薄膜材料の創成に関する基盤研究を実施する．
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