単一高分子鎖の分子配向・分子鎖形態の近接場顕微分光法による研究

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本研究では、高分子材料に外力を与えたときの高分子鎖の配向や緩和挙動を解明することを目的とし、走査型近接場光学顕微鏡(SNOM)を用いて単一高分子鎖の直接観察を行った。蛍光ラベルを施した高分子鎖を微少量含む試料を測定することで、バルクおよび薄膜中の分子鎖形態を評価した。1.高分子量成分と低分子量成分の二元ブレンドバルク系について、一軸伸長後の応力緩和過程における単一高分子鎖をSNOMにより直接観察した。低分子量成分を多く含む試料においては、周りの分子鎖との絡み合いの解消が起こることにより、短時間領域で高分子量成分の分子鎖全体としての緩和が速くなることが分かった。従来の理論モデルでは、絡み合いの解消は局所的な緩和のみを促進するとされているが、SNOMによる観察結果は、絡み合いの解消により分子鎖全体としての大規模な運動が促進されることを示唆している。2.ガラス転移温度以下における高分子薄膜の表面ラビング処理による、分子鎖の配向・形態の変化について検討した。まず、励起偏光変調顕微鏡により、ラベル鎖中の色素の配向を評価したところ、ラビング後の膜ではモノマー単位スケールでの配向度が増大していることが分かった。一方、SNOMにより分子鎖形態を観察したところ、分子鎖の広がりはラビングによりほとんど変化しなかった。これらのことから、ラビング過程では分子鎖全体としての形態変化は起こりにくく、主にモノマー単位スケールでの局所配向が誘起されることが明らかになった。以上のように、これまでは困難であった直接観察を行うことにより、絡み合い系における分子鎖の挙動を単一高分子鎖という基礎から詳細に議論することができた。単一高分子鎖の構造やダイナミクスを原点とした科学は、測定手法の開発により将来的にさらに発達すると予測され、本研究はその基盤となると考えられる。