高分子ガラスにおける非平衡緩和機構の解明

阐明聚合物玻璃中的非平衡弛豫机制

• 批准号: 19031017
• 负责人: 深尾 浩次
• 金额: $ 7.42万
• 依托单位: Ritsumeikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19031017/
• 关键词: 高分子ガラス; 非平衡緩和; エイジング現象; 若返り効果; 記憶効果; ガラス状態; メモリー効果; 積算的なエイジング; ラベルした高分子; ガラス転移温度

エイジング挙動の詳細を調べるために、モデル系として、ポリ2-クロロスチレン(P2CS)を用いて電気容量測定を行った。この系は側鎖に極性の強い基が付いているが、構造的にはa-PSと類似している。このモデル系に対してエイジング過程での複素電気容量の測定を行った。この系では電気容量虚部からは誘電感受率虚部の変化が得られるのに対し、PMMAとは異なり、電気容量実部からは体積変化と誘電感受率実部の変化の双方が得られる。複素電気容量実部の温度依存性を様々な周波数に対して測定することにより、等温度でのエイジングにより、実部が時間とともに上昇するのが観測された。このことは、エイジングによる体積の減少、密度の上昇が原因であることがわかった。しかし、電場の周波数が100kHzから低下するとともに、特に低周波数領域で、大きな周波数依存性が見られた。これは誘電感受率実部の変化が効いていることを示している。体積変化には周波数依存性はないはずなので、高周波数での値を体積変化による寄与であるとして差し引くことにより、誘電感受率実部の温度変化が得られる。等温エイジングにより誘電感受率実部は低下するが、その後の冷却により低温では参照値まで戻り、「若返り効果」が見られる。一方、高い周波数でのデータより、等温エイジング過程で誘起された体積変化は低温にもどしても保持されたままで、密度の緻密化は低温でもそのまま保持されることがわかる。なお、その後、昇温過程では明確な「記憶効果」が観測される。このようなエイジングおける交流感受率と体積での異なった若返り効果に関する挙動はエイジングを支配する特性長の存在を示唆している。このことはガラス転移機構解明に向けた重要なステップであると考えられる。

为了研究老化行为的细节，使用聚 2-氯苯乙烯 (P2CS) 作为模型系统进行电容测量。尽管该系统的侧链上附着有强极性基团，但其结构与 a-PS 相似。我们测量了该模型系统在老化过程中的复电容。在该系统中，介电磁化率虚部的变化可以从电容的虚部获得，而与PMMA不同的是，体积的变化和介电磁化率实部的变化都可以从以下获得：电容的实部。通过测量不同频率下复电容实部的温度依赖性，观察到由于等温老化，实部随时间增加。发现这是由于老化造成的体积减小和密度增加造成的。然而，当电场频率从 100kHz 开始降低时，观察到较大的频率依赖性，特别是在低频区域。这表明介电磁化率实部的改变是有效的。由于体积变化不应该与频率相关，因此可以通过从体积变化中减去高频下的值来获得介电磁化率实部的温度变化。尽管介电敏感性的实部因等温老化而降低，但随后的冷却使其在低温下恢复到参考值，从而产生“回春效应”。另一方面，高频数据表明，即使当温度返回到低温时，等温时效过程引起的体积变化也得以维持，并且即使在低温下也维持致密化。请注意，此后，在升温过程中观察到明显的“记忆效应”。老化过程中AC敏感性和体积再生效应的这种行为表明存在控制老化的特征长度。这被认为是阐明玻璃化转变机制的重要一步。

项目成果

Aging Phenomena in Thin Polymer Films Observed through Volume and Dielectric Suscentibility

通过体积和介电常数观察聚合物薄膜的老化现象

• 发表时间: 2008
• 作者: Koji Fukao;Daisuke Tahara
• 通讯作者: Daisuke Tahara

電気容量測定を用いた高分子ガラスのエイジング現象

电容测量聚合物玻璃的老化现象

• 发表时间: 2008
• 作者: 田原大輔;中西英行;宮田貴章;深尾浩次
• 通讯作者: 深尾浩次

Glass Transition and alpha-Relaxation Dynamics of Thin Films of Labeled Polystyrene

标记聚苯乙烯薄膜的玻璃化转变和 α 弛豫动力学

• 发表时间: 2007
• 期刊: Physical Review E 75
• 作者: R.D. Priestley;L. J. Broadbelt;J. M. Torkelson;and K. Fukao
• 通讯作者: and K. Fukao

Dielectric behavior of glass transition and dynamics in thin polymer films

聚合物薄膜中玻璃化转变的介电行为和动力学

• 发表时间: 2008
• 期刊: Journal of the Society of Rheology, Japan 36
• 作者: Koji Fukao;Daisuke Tahara;Koji Fukao
• 通讯作者: Koji Fukao

高分子ガラスの膨張率と熱容量の同時測定

同时测量聚合物玻璃的膨胀系数和热容

• 发表时间: 2007
• 作者: 猿山 靖夫;竹川 浩司;深尾 浩次
• 通讯作者: 深尾 浩次