2022 Fiscal Year Annual Research Report
Formation mechanism of quasicrystals and their approximants in spherical microphase-separated structures of block copolymer
Publicly Offered Research
| Project Area | Hypermaterials: Inovation of materials scinece in hyper space |
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| Project/Area Number |
22H04592
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山本 勝宏 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30314082)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 準結晶 / ブロック共重合体 / ミクロ相分離構造 / 球状ドメイン / 小角散乱 / シグマ相 / P-surface / 三重周期極小曲面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ブロック共重合体が形成するミクロ相分離構造において、近年、球状ミクロ相分離構の球状ドメインのパッキング様式に新たなものが見つかってきた。通常は体心立方格子上に配列るるが、六方最密充填（HCP）、A15、σ結晶に加え2次元準結晶（12回対称）DDQCが発見された。我々本研究において、いくつか発見してきたが、ブロック共重合体を形成する高分子の組み合わせによって、形成のしやすさが異なることが分かってきた。その形成能の違いを明らかにするため、様々な成分のブロック共重合体の組み合わせに対して形成する構造を確認した。また統一的に解釈できる因子を解明するに行ったってはいないが、高分子主鎖の取りうるコンフォメーションの違いが要因であると考えている。
準結晶や複雑なパッキング構造の形成を見出い出していく過程において、思いもよらない新奇な構造を発見した。理論予測で形成が期待されていた構造であり、三重周期極小曲面（Triply Periodic Minimal Surface; TPMS)を有するP-surface構造の発見に至った。これまでTPMSには、Gyroid構造(G-surface)とDiamond構造（D-surface）が見出されていたが、世界初高分子のみからなるP-surface構造の発見になった。G,D,Pへの構造転移も典型的なブロック共重合体にその一成分である高分子ホモポリマーの添加量を自在にコントロールすることで、それぞれの構造を作り分けることが可能であることが分かった。これらの構造は理論予測相図に概ね一致し、その形成が普遍的なこと出ることが期待される。
これらの結果については、学会発表に加え、論文発表を行っていく。
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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
論文発表が少し遅れ気味であるが実験自体は、順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
球状ミクロ相分子構造の複雑なパッキング様式が安定的に発現することがわかってきたので、更にいくつかの系でのそれらの発現しやすさを調査し、その発現メカニズムについて明らかにしていく。また海外の研究者との連携をすすめ（理論と実験系）ることを計画（既に2023年度アポイント済み）しており、さらにスピードを上げて機構理解を進める。この球状モルフォロジーに加えて、新規に発見された、P-surface構造についても、この構造形成が普遍的なことであることを示すために、他の共重合体系、理論的予測を検討し、理解を進めていく。構造解析においては、小角散乱（Ｘ線・中性子）、電子顕微鏡観察による実空間像からの再確認を含め進める。
これまで構造形成機構解明を重視してきたが、構造の特徴が材料としての特徴（物性）が出現しないかなどについても検討を進める。まずは力学特性にパッキング様式の違いや、G,D,P-surface構造の違いがどのように表れるのかなど実験的に評価を進める。
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