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

点击翻译按钮获取中文摘要

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。