Innovation in Control of Physical Properties of Polymer Thin-Film Materials by Micro-Morphology Analysis of Amorphous

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高分子材料の微小モルフォロジー表面を読み解く重要なカギが，フォノン／ポラリトンの表面モードである。振動スペクトルに現れる有機物の表面モード由来のバンドは，一見して基準振動バンドと区別がつかず，非晶の多い高分子材料の解析に使える状況ではない。しかし，振動スペクトルの表面モードは微小なモルフォロジーの違いを強く反映し，またその量がバンド強度に反映されることは活用すべきである。本研究では，独自開発の多角入射分解分光法(MAIRS)を利用して，有機材料の表面モード解析が容易にできる状況に変える。MAIRSは，薄膜中の遷移モーメントを面内(IP)および面外(OP)成分に分けた二つのスペクトルにして，同一縦軸スケールで取り出せる唯一の吸収分光法であり，主としてFT-IRと組み合わせて用いられる。数ある表面モードのうち，光導波路を必要とせずに測れる平滑平面のBerremanモードと，粒子由来の多重極子モードは偏光特性が大きく異なることから，IPおよびOPスペクトルに現れる比率が大きく異なり，これを表面選択律と見ることでMAIRSだけで容易に識別でき，また配向が異なる基準振動との識別を実現させる。戦略として，強い双極子モーメントを持つC-F結合からなるパーフルオロアルキル化合物（PFAS）を用いて，フォノンの有無を制御できる物質系を考えた．通常，単一化合物を分子集合させると，PFAS同士の双極子間相互作用が強く働き，フォノンが生じる．一方，炭化水素で同様の実験をするとフォノンが生じない．PFASと炭化水素を混ぜると，それぞれがドメインを形成して，フォノンの程度を調整できない問題がある．そこで，群馬大学の園山研と共同研究により，一分子の中にパーフルオロアルキル鎖と炭化水素鎖を両方持つ化合物を合成し，それを水面上の展開単分子膜として実験したところ，フォノンを適度に調整することに成功し，MAIRSスペクトルからその変化を読み取れることを実証できた．