高速原子間力顕微鏡による高分子膜のナノ構造／物性動態の解明

使用高速原子力显微镜阐明聚合物膜的纳米结构/物理性质动力学

• 批准号: 22KJ1545
• 负责人: 西澤 佑一朗
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1545/
• 关键词: 原子間力顕微鏡; 高分子

本研究では、高速原子間力顕微鏡法（高速ＡＦＭ）技術を改良し、固体電解質膜に応力を印加しながら、ナノスケールにおける力学特性および電気伝導性の分布とその経時変化を計測することで、固体電解質膜が有するミクロ相分離構造と各種物性の相関関係を明らかにすることを目的としている。本年度は、ポリエチレングリコール成分を含むブロック共重合体とイオン液体を用いて高分子電解質薄膜を調整し、高速ＡＦＭによりミクロ相分離構造を観察した。ポリエチレングリコールブロックとイオン液体の体積分率に応じて、ミクロ相分離構造が変化することを確認した。また、高速ＡＦＭで形状像を取得しながらＮ×Ｎの局所ポイントで力―距離曲線を計測できるプログラムのプロトタイプを用いて、ミクロ相分離構造に応じたナノスケールの力学特性の評価に着手した。特に、フォースカーブの取得時間や、カンチレバーのばね定数を精査し、硬い成分に対する測定条件の最適化を行った。加えて、高分子電解質薄膜に応力を印加した状態でナノスケールの構造・物性を評価するために、他装置を複合化可能な探針走査型高速ＡＦＭに対して、応力ひずみ計測機構付き一軸伸長ユニットの複合化を試みた。探針走査型高速ＡＦＭに複合化できるように、専用の小型ロードセルを自作し、ホイートストンブリッジを用いてひずみを計測する機構を作成した。また、高速ＡＦＭ制御ソフトウェア内で、応力ひずみ曲線を取得するためのプログラム改良を行った。

This study aims to improve the technique of high speed atomic force microscopy (AFM), to measure the mechanical properties and electrical conductivity distributions of solid electrolyte membranes, and to clarify the correlation between phase separation structures and various physical properties of solid electrolyte membranes. This year, the polymer electrolyte membrane was adjusted by high speed AFM, and the phase separation structure was observed. The volume fraction of the liquid is determined by the phase separation structure. To obtain the shape image of high speed AFM, we measured the force-distance curve of N×N local structure, and evaluated the mechanical properties of AFM. The time of acquisition, the number of samples, and the optimization of the measurement conditions of the hard components were carefully investigated. In addition, the polymer electrolyte thin film has a high strength, a structure, a physical property evaluation, and other devices. It is possible to combine the probe probe type high-speed AFM with the force measurement mechanism and the one-axis elongation. The probe type high-speed AFM is composed of two parts, one part is used for self-operation, the other part is used for measurement. High speed AFM control system, high speed AFM control system and high speed AFM control system