単一高分子鎖の分子配向・分子鎖形態の近接場顕微分光法による研究

使用近场显微光谱研究单聚合物链的分子取向和链形态

基本信息

批准号：
10J04121
负责人：
宇部達
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、高分子材料に外力を与えたときの高分子鎖の配向や緩和挙動を解明することを目的とし、走査型近接場光学顕微鏡(SNOM)を用いて単一高分子鎖の直接観察を行った。蛍光ラベルを施した高分子鎖を微少量含む試料を測定することで、バルクおよび薄膜中の分子鎖形態を評価した。1.高分子量成分と低分子量成分の二元ブレンドバルク系について、一軸伸長後の応力緩和過程における単一高分子鎖をSNOMにより直接観察した。低分子量成分を多く含む試料においては、周りの分子鎖との絡み合いの解消が起こることにより、短時間領域で高分子量成分の分子鎖全体としての緩和が速くなることが分かった。従来の理論モデルでは、絡み合いの解消は局所的な緩和のみを促進するとされているが、SNOMによる観察結果は、絡み合いの解消により分子鎖全体としての大規模な運動が促進されることを示唆している。2.ガラス転移温度以下における高分子薄膜の表面ラビング処理による、分子鎖の配向・形態の変化について検討した。まず、励起偏光変調顕微鏡により、ラベル鎖中の色素の配向を評価したところ、ラビング後の膜ではモノマー単位スケールでの配向度が増大していることが分かった。一方、SNOMにより分子鎖形態を観察したところ、分子鎖の広がりはラビングによりほとんど変化しなかった。これらのことから、ラビング過程では分子鎖全体としての形態変化は起こりにくく、主にモノマー単位スケールでの局所配向が誘起されることが明らかになった。以上のように、これまでは困難であった直接観察を行うことにより、絡み合い系における分子鎖の挙動を単一高分子鎖という基礎から詳細に議論することができた。単一高分子鎖の構造やダイナミクスを原点とした科学は、測定手法の開発により将来的にさらに発達すると予測され、本研究はその基盤となると考えられる。

在这项研究中，我们旨在阐明当外力施加到聚合物材料上时聚合物链的取向和松弛行为，并且我们使用扫描近场光学显微镜（SNOM）直接观察单个聚合物链。通过测量含有微量荧光标记聚合物链的样品，我们评估了块体和薄膜中分子链的形态。 1.在高、低分子量组分的二元共混本体体系中，通过SNOM直接观察到单轴伸长后应力松弛过程中的单个聚合物链。研究发现，在含有大量低分子量组分的样品中，由于与周围分子链的解缠结，高分子量组分整体的分子链松弛在短时间内变得更快。传统的理论模型表明解缠结仅促进局部弛豫，但使用 SNOM 的观察表明解缠结促进整个分子链的大规模运动。 2.我们研究了玻璃化转变温度以下聚合物薄膜表面摩擦处理引起的分子链取向和形态的变化。首先，我们使用激发偏振调制显微镜评估了标签链中染料的取向，发现摩擦后薄膜中单体单元尺度上的取向程度增加。另一方面，当使用SNOM观察分子链形态时，分子链的分布几乎没有因摩擦而改变。这些结果表明，摩擦过程几乎不会引起整个分子链形态的变化，而主要引起单体单元尺度的局部取向。如上所述，通过进行迄今为止困难的直接观察，我们能够从单个聚合物链的基础上详细讨论缠结系统中分子链的行为。预计随着测量方法的发展，基于单聚合物链的结构和动力学的科学未来将进一步发展，而这项研究被认为是其基础。