高分子超薄膜のガラス転移ダイナミクスの非弾性中性子散乱研究

超薄聚合物薄膜玻璃化转变动力学的非弹性中子散射研究

• 批准号: 05J02255
• 负责人: 井上 倫太郎
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J02255/
• 关键词: 高分子薄膜; 非弾性中性子散乱; ダイナミクス; ガラス転移; 非ガウス性; アモルファス; ガラス; 緩和運動; 低エネルギー励起

高分子薄膜野物性はバルク状態と大きく異なることが知られている。特に最も興味深い現象としてガラス転移温度の膜厚依存性が挙げられる。様々な測定手法を用いた精力的な研究にもかかわらずその具体的なメカニズムは提出されておらず未解決問題として位置づけられている。その一因としてガラス転移現象そのものがあまり理解されていないことが挙がられる。現在の理解としては旧来考えられてきた熱力学相転移ではなくむしろ緩和現象として捕らえる方が妥当である。そのため、ガラス転移現象を理解するためにはダイナミクスの観点からの研究が必須である。そこで本年度は高分子薄膜のガラス転移現象を理解するためにダイナミクス測定を行った。なお、特にミクロスケールのダイナミクス重要であると考え、その目的のために非弾性中性子散乱測定を行った。サンプルとしては薄膜での物性が良く理解されているポリスチレンを用いた。最初に平均二乗変位の温度依存性に注目したが、薄膜が低下すると平均二乗変位が低下する様子が確認できた。更に温度が上昇するに伴い急激な平均二乗変位の増大が二点観測された。この事実は少なくとも観測している時間スケールに二つの緩和過程が発見していることを示している。低温側では200K付近で観測され、高温側では370K付近に観測された。低温で発現した緩和過程は局所的な緩和過程であるいわゆる速い過程が発現したことを示している。また、高温で発見した緩和過程の物理的な起源はまだ不明な点が多いが、バルクの場合緩和過程が発現する温度とDSCなどで測定されたガラス転移温度と非常によく一致したため高温で発現する緩和過程の発現温度を非弾性中性子散乱から見積もったガラス転移温度と定義することにした。この定義を用いて、薄膜のガラス転移温度も見積もったが我々の予想と反して膜厚が低下するとガラス転移温度が上昇する傾向が確認された。同条件のサンプルを用いてエリプソメトリーによりガラス転移温度の膜厚依存性も調べたが膜厚が低下するに伴いガラス転移温度が減少する事が確認された。つまり同じサンプルを用いたにもかかわらず測定手法の相違によりガすら転移温度の膜厚依存性に関して逆転現象が得られたと言える。現在この逆転現象の原因について考察しているが、緩和時間の分布、測定空間スケールの相違、エネルギー分解能不足などが関連していると考えている。

Polymer films are wild. In particular, the most interesting phenomenon is the dependence of film thickness on temperature shift. The method of measurement is to use the energy of the study to find out the specific problem. The reason for this phenomenon is that it is not easy to understand it. Now we can understand the thermodynamic phase shift. It is necessary to understand the phenomenon of "shift" and "shift". This year, the polymer film migration phenomenon is understood and measured. For the purpose of this study, the neutral particle scattering test was conducted. The physical properties of thin films are well understood. The temperature dependence of the initial average two-dimensional position is noted, and the film is low. In addition, the temperature rise is accompanied by an increase in the average two-point temperature. This is the first time that we've seen the mitigation process. Low temperature side is near 200K, high temperature side is near 370K. Low temperature development and mitigation processes are the main mitigation processes. The physical origin of the mitigation process at high temperatures is unknown. The temperature at which the mitigation process occurs is measured. The temperature at which the mitigation process occurs is very consistent. The temperature at which the mitigation process occurs at high temperatures is defined. This definition is used to confirm the tendency of film thickness to decrease and temperature to increase. Under the same conditions, the film thickness is decreased due to the change of temperature. The temperature and film thickness dependence of the measurement method are related to the inverse phenomenon. Now, the causes of this phenomenon are investigated, the distribution of time is relaxed, the spatial distribution is determined, and the decomposition energy is insufficient.

项目成果

Low-energy excitations and the fast process of polystyrene thin supported films studied by inelastic and quasielastic neutron scattering

非弹性和准弹性中子散射研究聚苯乙烯薄支撑膜的低能激发和快速过程

• 发表时间: 2006
• 期刊: Phys.Rev.E 74(2)
• 作者: Rie Kimura;Yumiko Yoshimura;I.Tsukushi
• 通讯作者: I.Tsukushi

非弾性中性子散乱による高分子薄膜のガラス転移

非弹性中子散射引起的聚合物薄膜玻璃化转变

• 发表时间: 2007
• 作者: Tsuchiya H;Oka T;Nakamura K;Ichikawa A;Saper CB;Sugimoto Y;Rintaro Inoue;Rintaro Inoue;Rintaro Inoue;Rintaro Inoue;Rintaro Inoue;Kanaya T;Inoue R;Kanaya T;Kanaya T;井上 倫太郎
• 通讯作者: 井上 倫太郎

Dynamic anisotropy and heterogeneity of polystyrene thin films as studied by inelastic neutron scattering

非弹性中子散射研究聚苯乙烯薄膜的动态各向异性和不均匀性

• 发表时间: 2007
• 期刊: Eur. Phys. J. E 24
• 作者: Oonuki Y;Yoshida Yhosi;Uchiyama Y;Asari A;Kanaya T
• 通讯作者: Kanaya T

Dynamic structure studies on polymer thin films

聚合物薄膜的动态结构研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: AIP Conference Proceedings 832
• 作者: Ogawa K;Yagi T;Guo T;Takeda K;Ohguchi H;Koyama H;Aotani D;Imaeda K;Kataoka H;Tanaka T;T.Kanaya
• 通讯作者: T.Kanaya

Molecular weight dependence of mean square displacement in ultrathin polymer films as studied by inelastic neutron scattering

通过非弹性中子散射研究超薄聚合物薄膜均方位移的分子量依赖性

• 发表时间: 2008
• 期刊: Phys.Rev.E 77
• 作者: Harada Ken;Niitsu Kodai;Shimada Keiko;Kodama Tetsuji;Akashi Tetsuya;Ono Yoshimasa A;Shindo Daisuke;Shinada Hiroyuki;Mori Shigeo;金谷利治
• 通讯作者: 金谷利治