新規その場光ナノ計測法による高分子の核生成過程の解明とナノ多孔化技術への応用

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本年度は高分子溶液中で起きる溶媒誘起結晶化挙動をin situで時分割観測するための、動的光散乱・ラマン散乱同時計測装置を構築した。既設の動的光散乱システムに、新たに分光器と高感度検出器を導入して微弱なラマン散乱光を検出できる光学系を拡張した。これにより、動的光散乱およびラマン散乱を秒オーダーで同時に時分割計測できるシステムが開発できた。ラマン散乱の検出では、一般的なラマン分光に加え、ブラッググレートノッチフィルタを新たに導入して10 cm-1までの超低波数領域でのラマン分光にも取り組んだ。超低波数領域のラマン散乱光を使うと結晶の格子振動に起因するピークが解析できる。さらに、倒立型顕微鏡と組み合わせることで、10 μL程度の微量の試料に対しても動的光散乱およびラマン散乱を同時計測できるシステムにも拡張した。開発した装置を用いて、濃度5 wt%のPESのニトロベンゼン溶液からの溶媒誘起結晶化挙動の定性的検討を行った。角セル中に封入した溶液について、温度を5～90℃の間で変化させながら、動的光散乱とラマン散乱を同時計測した結果、動的光散乱で得られる時間相関関数およびラマンスペクトルの強度比が分～数時間のオーダーで定性的に変化する様子を観測できた。また、開発した装置の横展開として、イオンゲルの合成過程の時分割計測も行なった。イオン液体中におけるモノマーの重合過程をin situで追跡した結果、イオン液体中で超高分子量のポリマーが成長し、化学的架橋点を持つことなく、絡み合いによってゲル化していく時系列を実験データとして示した。さらに、本検討から着想を得て、ラマン散乱強度の時間相関関数を計測するという新たな計測手法（動的ラマン散乱）を開発できた。当該装置を用いることで、今まで不可能であった分子選択的な動的光散乱計測が可能になることを理論・実験両面から証明した。