Direct observation of the dynamics of segmental motion for polymer chain isolated on the solid interface

直接观察固体界面上孤立的聚合物链的链段运动动力学

基本信息

批准号：
22K20537
负责人：
盛満裕真
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

高分子鎖のセグメント運動は、ガラス転移温度(Tg)など高分子材料の物性を決定する因子の一つである。これまで、セグメント運動は、凝集体内における周囲の分子鎖との協同運動と共に観測され議論されてきた。つまり、凝集状態の影響がセグメント運動の議論に介在し一本鎖のセグメント運動の描像やダイナミクスは未解明である。本課題では、原子間力顕微鏡を用いて、基板上の孤立高分子鎖を直接観察し、画像処理・数値解析に基づき、一本鎖のセグメント運動の視覚的に捉え、ダイナミクスを解明する。界面やバルクにおける分子鎖運動性との相関を議論し階層的な高分子構造物性の理解を目指す。ランダム共重合体など一次構造やシークエンスが異なる高分子を検討し、鎖上のセグメント運動の分布を可視化、バルクの物性との相関や側鎖の効果などを議論する。得られる成果は高分子の階層的構造物性の明快でシームレスな理解と高強度高機能性高分子材料の新規設計指針の創生に貢献すると考えられる。令和４年度は、当初の目的に従って、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を行った。清浄な環境でSi(111)基板の洗浄とエッチング処理を行うことで、原子的に平滑なSiステップ基板を調製した。スピンコート法に基づき、ステップ基板上に超希薄なポリスチレン(PS)クロロホルム溶液をキャストすることで、PS孤立鎖が適度に分散して存在する試料を調製することに成功した。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。また、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。研究成果は、複数の学会にて発表済みであり、現在論文執筆中である。

聚合物链的分段运动是决定聚合物材料物理特性的因素之一，例如玻璃过渡温度（TG）。到目前为止，已经观察并讨论了段运动，并与合作运动以及骨料内的分子链一起进行了讨论。换句话说，聚集状态的影响介导了段运动的讨论，并且尚未阐明单链段运动的插图和动力学。在这个主题中，我们使用原子力显微镜直接观察底物上的分离的聚合物链，并根据图像处理和数值分析视觉捕获单链的分段运动，以阐明动力学的动力学。我们讨论了与界面和大量分子链迁移率的相关性，并旨在了解层次聚合物结构的特性。我们将检查具有不同主要结构和序列（例如随机共聚物）的聚合物，并可视化链中段运动的分布，并讨论与块状物理特性的相关性以及侧链的影响。所获得的结果被认为有助于对聚合物的层次结构特性以及为高强度，高功能聚合物材料的新设计指南的清晰理解。在2022财年，根据原始目的，我们建立了一种直接观察和分析固体底物上分离的聚合物链形态的方法。通过在干净的环境中清洁和蚀刻Si（111）底物来制备原子光滑的Si步骤底物。通过在步骤底物上施放超稀释聚苯乙烯（PS）氯仿溶液，我们成功制定了一个样品，其中PS分离的链被适度分散。基于原子力显微镜的AC模式（非接触），建立了一种方法，可以在较小的有毒压力（小于0.1 nn）处观察到分离的链分子链。此外，已经建立了一种方法来基于通过连续测量隔离PS链的高度图像获得的数据提取有关移动性的信息。研究结果已在几个学术社会上发表，目前正在撰写论文。