高分子材料内の3次元配向分布可視化法の検討と熱伝導性制御への応用

高分子材料三维取向分布可视化方法研究及其在导热系数控制中的应用

基本信息

批准号：
12J09326
负责人：
引間悠太
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J09326/
关键词：
赤外分光イメージング偏光 ATR法高分子球晶分子配向複屈折

项目摘要

昨年度に引き続き、赤外分光イメージング法を用いた高分子材料中の3次元分子配向評価法について検討を行った。昨年度までは実験設備の都合上、透過光学系による測定・評価を行っていたが、この光学系では原理上フィルム状試料の面内方向の分子配向しか評価を行うことができなかった。そこで本年度は当初の研究計画で提案していた減衰全反射(ATR)法の光学系で評価を行った。ATR法の光学系と赤外分光イメージングを組み合わせたATRイメージング法と、研究代表者がこれまでに取り組んできた偏光解析技術を1組み合わせることで3次元分子配向の可視化技術が実現できるかを、特徴的なバンド構造を有するポリ-(R)-3-ヒドロキシ酪酸(PHB)の球晶をモデル試料として検証を行った。昨年度までに使用してきた赤外分光イメージング装置と本年度に使用した装置では、同じ透過法の光学系であっても検出器や移動ステージの有無といったイメージング計測の原理が異なったため、これまでに用いてきた偏光解析技術が利用できるか、再現性の確認をまず行った。PHB球晶中の分子配向の面内分布にっいて研究代表者が以前提案した4偏光法を用いて評価を行ったところ、過去の結果と同様の結果が得られ、解析法の信頼性を確認することができた。続いてATRイメージングの光学系に偏光を組み合わせた実験を試みた。従来法で用いられてきたp-偏光、s-偏光だけでなく、それらの中間の偏光状態においてPHBバンド球晶の測定を行った際にどのような赤外吸収像が得られるかを調べた。その結果、面内方向の分子配向状態に従って、各偏光における吸光度分布に変化が観察された。またバンド構造は判然としなかったが、偏光依存性のみを抽出するデータ処理を行ったところ、バンド構造に対応する変化が観察されることが確認できた。さらに詳細に各偏光状態における試料表面での電場の3次元異方性について解析を行うことで、高分子球晶のATRイメージが示した偏光依存性の解釈を行うことができた。

去年之后，我们使用红外光谱成像研究了聚合物材料中的3D分子取向评估方法。直到去年，由于实验设备的原因，使用传输光学系统进行了测量和评估，但原则上，这种光学系统只能在膜状样品的平面内方向上评估分子取向。因此，今年我们评估了衰减总反射（ATR）方法的光学系统，该方法是在我们的原始研究计划中提出的。 We verified the spherulite of poly-(R)-3-hydroxybutyric acid (PHB) with a distinctive band structure as a model sample to see whether a three-dimensional molecular orientation visualization technique can be achieved by combining the ATR imaging method, which combines the optical system of the ATR method with infrared spectroscopic imaging with the ellipsometry technology that the researchers have been working on so far.红外光谱成像设备到去年使用的设备，今年使用的设备在成像测量的原理上有所不同，例如即使使用相同的传输方法使用相同的光学系统，我们是否有一个探测器或移动阶段，因此我们首先检查了可重复性，以查看是否可以使用椭圆分析技术是否可以使用。当使用主要研究者先前提出的4个极化方法评估PHB球形岩中分子取向的平面内分布时，结果与过去相似，并确认了分析方法的可靠性。接下来，我们尝试了一个实验，其中极化光与ATR成像的光学系统结合在一起。我们研究了在P极化和S极化的中间极化状态以及已在常规方法中使用的P偏振和S偏振化的中间极化状态中测量PHB带球体时获得的红外吸收图像。结果，根据平面内方向的分子取向状态观察到每个极化光中的吸光度分布的变化。此外，尽管频带结构尚不清楚，但可以证实，在进行数据处理以仅提取极化依赖性时，观察到与谱带结构相对应的变化。通过进一步分析每个极化状态下样品表面的电场的三维各向异性，我们能够解释聚合物球形岩的ATR图像所示的极化依赖性。