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散逸構造を利用した分子フォトニクス材料の創製

使用耗散结构创建分子光子材料

基本信息

批准号：
11167202
负责人：
下村政嗣
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、希薄溶液から高分子を固体基板上にキャストする過程で生じる、非平衡熱力学に支配された散逸構造の形成を制御することで、ナノからメゾスコピック領域にわたって階層的に構造化された新しい機能性高分子材料を作製することである。本申請者らは、高分子の稀薄溶液をキャストするこで、ナノメーターからミクロンにいたる領域において、規則的に配列したドット構造やストライプ構造、ハニカム構造などが形成されることを見いだした。さらに、キャストプロセスのその場観察によって、これらのパターンが、溶媒蒸発時に形成される散逸構造と基板上での高分子のdewetting現象がカップリングすることによって形成されることを明らかにした。そこで本研究では、この手法を自己組織化を利用したマイクロ加工の技術にするために、散逸構造とdewettingを支配する実験的な要因(溶媒、濃度、分子量、基板との相互作用、等)を系統的に探り、高い再現性をもって広範囲にわたってパターンが形成される条件を明らかにするとともに、マイクロパターンを特徴とする新しい機能材料としての応用を図る。散逸構造を利用したパターン形成は、物質系に依存しなきわめて一般的な物理現象によるものである。これまで、主として線状高分子を用いてきたが、今年度は、ポリスチレンラテックスやシリカパーティクルを用いてパターン形成を検討した。これらの微粒子の水溶液を固体基板上にキャストした結果、濃度や温度に応じて様々なパターンが得られた。希薄溶液を室温でキャストするとデンドライト状の微粒子の会合体が得られた。高い温度では、キャスト溶液の界面で散逸構造であるフィンガリングインスタビリティーが形成され、溶媒蒸発後には規則的なストライプ構造が残った。走査型電子顕微鏡観察の結果、ストライプ中では微粒子は単層状に細密充填していることがわかった。さらに、濃度を高くすると、積層された微粒子の連続フィルム中に線状の亀裂が規則的に形成された。これらの結果は、散逸構造を利用することで、階層的な構造化(ナノメータースケールでの細密充填構造とマイクロメータースケールでの規則的周期構造)に成功したことを意味する。これらの微粒子からなるコロイド結晶はフオトニック結晶として機能することが知られており、パターン化することで階層構造に伴う新たな機能発現、例えば、微粒子の階層的な構造化にもとづくフォトニック結晶としての機能が期待される。

The purpose of this study is to develop and control the formation of dissipation structures governed by non-equilibrium thermodynamics in the process of polymer deposition on solid substrates from thin solutions. The present applicant has formed a thin polymer solution in the following areas: regular arrangement, structure, and structure. In addition, when the solvent is evaporated, the polymer on the substrate is dewetted. In this study, the main factors of self-organization and utilization of processing technology were discussed.(Solvent, concentration, molecular weight, substrate interaction, etc.) New functional materials with high reproducibility and high reproducibility Dissipation structure is used to form physical phenomena. This is the case with linear polymers. The results of the test on the solid substrate, the concentration and the temperature of the solution, A thin solution is expected to form an assembly of fine particles at room temperature. At high temperatures, the interface of the solution is formed by diffusion structure, and the structure is formed by regular diffusion structure after solvent evaporation. As a result of electron microscopy, the particles are packed in layers. In addition, the concentration is high, and the formation of linear cracks in the particles is regular. The result is that the diffusion structure is utilized successfully, and the hierarchical structure (fine filling structure, regular periodic structure) is used successfully. For example, the hierarchical structure of micro-particles is accompanied by new functional development. For example, the hierarchical structure of micro-particles is expected to function.