Functionalization of hard polyrotaxane materials facilitated by in-situ structural analysis and control of the dynamics

原位结构分析和动力学控制促进硬聚轮烷材料的功能化

• 批准号: 20H02794
• 负责人: 加藤 和明
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02794/
• 关键词: ポリロタキサンガラス; その場観察; 力学物性; ダイナミクス; 破壊プロセス; シクロデキストリン; 機械的結合; 気体分離膜; 分子運動性; バルジ試験; エックス線散乱; 接着界面; 放射光X線ナノビーム; 構造物性相関; 接着; ホスト－ゲスト相互作用; 副分散; 薄膜化; 包接率; X線回折; 分子配向; 分子設計; 環状分子プローブ; 粘弾性緩和; ポリロタキサン; 界面; 放射光X線; 分離膜

放射光を用いたX線ナノビームによる界面の構造解析により、金属基板界面におけるポリロタキサンガラスの局所的なひずみと分子配向の深さ依存性を明らかにした。接着力の異なるポリロタキサンガラスを比較したところ、接着力の高いポリロタキサンガラスの場合、界面から20マイクロメートル以内にひずみが集中していることが明らかになった。一方で接着力が弱い場合、界面近傍でのひずみの集中は見られず、界面からかなり離れた領域までひずみが分散していた。接着力が高い場合に見られた界面近傍のひずみを詳しく解析したところ、界面から7マイクロメートル付近に最も大きなひずみの集中が見られたが、印加する応力が大きくなるにつれてひずみが集中する領域が次第に広がっていく様子が観測された。一方、分子の配向についてはほとんど観測されなかった。バルク材料の延伸ではネッキングに伴い、相分離と分子の配向が起こるが、界面ではひずみが拘束されているためであると考えられる。こうして、ポリロタキサンガラスの主成分であるシクロデキストリン誘導体特有のX線散乱をプローブにした新たな構造解析法を用いることで、金属基板に埋もれた接着界面の構造解析を実現し、局所ひずみの非局在化と接着力との関係を示した。また、ポリロタキサン薄膜の気体分離メカニズムの解明に向けて、バルジ試験下での偏光光速度カメラを用いた同時測定を行った。その結果、既存の高分子ガラスでは見られない複雑な分子配向が、特にバルジ中心付近で見られることが明らかとなった。バルジ中心では薄膜が等二軸延伸を受けていると考えられるため、多軸応力下でのポリロタキサンガラス特有の現象が示唆された。そこで、放射光X線マイクロビームを用いて、バルジ中心の構造解析行った。X線ダメージにより連続的な照射ができなかったものの、様々な化学構造を有するポリロタキサンガラスの散乱データの取得に成功した。

The structure analysis of the interface between X-ray radiation and metal substrate shows the deep dependence of molecular alignment on the interface between X-ray radiation and metal substrate. In the case of different bonding forces, the interface is concentrated within 20 minutes. When the force is weak, the interface is close to the center, and the interface is separated from the center. Next, we will analyze in detail the industrial content near the interface when the power is high. The largest industrial content is concentrated near the interface and the largest industrial content is concentrated near the interface. The industrial content is concentrated in the field where the power is high and the industrial content is concentrated. A party, molecular alignment, The extension of the material is accompanied by phase separation, molecular alignment, and interface constraints. The main component of the metal substrate is the X-ray scattering characteristic of the metal substrate. The structure analysis of the metal substrate is carried out. The relationship between the non-local bonding force and the local bonding force is shown. The polarized light velocity of the thin film was measured simultaneously. As a result, the existing polymer molecules are aligned with each other, and the center is close to each other. The phenomenon peculiar to the equiaxed biaxial extension of thin films under multiaxial forces is illustrated. The structure analysis of the center of the X-ray radiation center is carried out. The X-ray radiation of the X-ray system has been successfully applied to the chemical structure of the X-ray system.

项目成果

環状分子プローブとＸ線ナノビームを用いた金属－高分子接着界面の構造解析

使用圆形分子探针和 X 射线纳米束分析金属-聚合物粘合界面的结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 加藤和明;劉謙一郎;竹島歩;伊藤耕三;内藤昌信;星野大樹
• 通讯作者: 星野大樹

Tough Glass with Mechanical Bonding Network Anchored by High-Mobility Polymers

具有由高迁移率聚合物锚定的机械粘合网络的坚韧玻璃

• DOI: 10.1021/acs.macromol.2c02363
• 发表时间: 2023
• 期刊: Macromolecules
• 影响因子: 5.5
• 作者: Kato Kazuaki;Taniguchi Masayuki;Ito Kohzo
• 通讯作者: Ito Kohzo

バイオベースプラスチックとしてのシクロデキストリンの可能性

环糊精作为生物基塑料的潜力

• 发表时间: 2022
• 作者: 加藤和明;伊藤耕三;星野大樹
• 通讯作者: 星野大樹

Direct enhancement of intercomponent interactions in polyrotaxane and its pronounced effects on glass state properties

聚轮烷中组分间相互作用的直接增强及其对玻璃态性能的显着影响

• DOI: 10.1039/d1cc05516j
• 发表时间: 2021
• 期刊: Chemical Communications
• 影响因子: 4.9
• 作者: Kato Kazuaki;Mizusawa Tomoki;Ohara Akihiro;Ito Kohzo
• 通讯作者: Ito Kohzo

Analysis of High-Molecular-Weight Polyrotaxanes by MALDI-TOF-MS Using 3-Aminoquinoline-Based Ionic Liquid Matrix

使用 3-氨基喹啉基离子液体基质通过 MALDI-TOF-MS 分析高分子量聚轮烷

• DOI: 10.1021/jasms.9b00084
• 发表时间: 2020
• 期刊: Journal of the American Society for Mass Spectrometry
• 影响因子: 3.2
• 作者: Yuzo Yamazaki;Shuuichi Nakaya;Kohzo Ito;Kazuaki Kato
• 通讯作者: Kazuaki Kato