Innovation in Control of Physical Properties of Polymer Thin-Film Materials by Micro-Morphology Analysis of Amorphous

非晶微观形貌分析控制聚合物薄膜材料物理性能的创新

• 批准号: 21K18979
• 负责人: 長谷川 健
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18979/
• 关键词: 非晶モルフォロジー; MAIRS法; フォノン; 非晶; モルフォロジー; 高分子薄膜; MAIRS; 構造パラメータ; 高分子; 物性制御; 微小モルフォロジー; 非晶モルフォロジー; MAIRS法; フォノン; 非晶; モルフォロジー; 高分子薄膜; MAIRS; 構造パラメータ; 高分子; 物性制御; 微小モルフォロジー

高分子材料の微小モルフォロジー表面を読み解く重要なカギが，フォノン／ポラリトンの表面モードである。振動スペクトルに現れる有機物の表面モード由来のバンドは，一見して基準振動バンドと区別がつかず，非晶の多い高分子材料の解析に使える状況ではない。しかし，振動スペクトルの表面モードは微小なモルフォロジーの違いを強く反映し，またその量がバンド強度に反映されることは活用すべきである。本研究では，独自開発の多角入射分解分光法(MAIRS)を利用して，有機材料の表面モード解析が容易にできる状況に変える。MAIRSは，薄膜中の遷移モーメントを面内(IP)および面外(OP)成分に分けた二つのスペクトルにして，同一縦軸スケールで取り出せる唯一の吸収分光法であり，主としてFT-IRと組み合わせて用いられる。数ある表面モードのうち，光導波路を必要とせずに測れる平滑平面のBerremanモードと，粒子由来の多重極子モードは偏光特性が大きく異なることから，IPおよびOPスペクトルに現れる比率が大きく異なり，これを表面選択律と見ることでMAIRSだけで容易に識別でき，また配向が異なる基準振動との識別を実現させる。戦略として，強い双極子モーメントを持つC-F結合からなるパーフルオロアルキル化合物（PFAS）を用いて，フォノンの有無を制御できる物質系を考えた．通常，単一化合物を分子集合させると，PFAS同士の双極子間相互作用が強く働き，フォノンが生じる．一方，炭化水素で同様の実験をするとフォノンが生じない．PFASと炭化水素を混ぜると，それぞれがドメインを形成して，フォノンの程度を調整できない問題がある．そこで，群馬大学の園山研と共同研究により，一分子の中にパーフルオロアルキル鎖と炭化水素鎖を両方持つ化合物を合成し，それを水面上の展開単分子膜として実験したところ，フォノンを適度に調整することに成功し，MAIRSスペクトルからその変化を読み取れることを実証できた．

解释聚合物材料的微观表面的关键是声子/极性子的表面模式。乍一看，从出现在振动光谱中出现的有机物表面模式的频带与参考振动带无法区分，并且无法分析具有大量无定形的聚合物材料。但是，应该利用的是，振动光谱的表面模式强烈反映了较小的形态差异，并且产物的量反映在带强度中。这项研究使用专有的多边形入射分辨率光谱（MAIRS）将情况转化为有机材料表面模式分析的情况。 MAIRS是唯一可以在相同垂直尺度上提取的吸收光谱，薄膜中的两个过渡矩分为面内（IP）（IP）和离平面（OP）组件，并且主要与FT-IR结合使用。在许多表面模式中，可以在不需要光学波导的情况下对光滑平面的贝尔曼模式进行测量，而从颗粒中得出的多极模式具有非常不同的极化特性，并且在IP和OP光谱中出现的比率非常不同，并且通过将其视为表面选择规则，可以轻松地与不同的振动与不同的方向进行区分。作为一种策略，我们考虑了一个材料系统，该系统可以使用由具有强偶极矩的C-F键组成的全氟烷基化合物（PFA）来控制或不存在声子。通常，当组装单个化合物时，PFASS之间的偶极相互作用非常活跃，从而导致声子。另一方面，当使用碳氢化合物进行类似的实验时，不会发生声子。当混合PFA和碳氢化合物时，每个PFA和碳氢化合物都会形成一个域，并且存在一个无法调整声子的程度的问题。因此，与Gunma大学的Sonoyama研究所合作，我们在分子中与全氟烷基和烃链合成了一种化合物，并将它们作为水面上的发达单层进行了实验。我们成功地调整了声子，证明可以从mairs频谱中读取变化。