陣内浩司 原著論文 (2008年度)
Hae-Woong Park, Jueun Jung, Taihyun Chang, Kazuyuki Matsunaga, and Hiroshi Jinnai
“New Epitaxial Phase Transition between DG and HEX in PS-b-PI”
J. Am. Chem. Soc, Vol. 131(1), 46-47 (2008)
【概要】シリコンウエハ上のpolystyrene-b-polyisopreneジブロックコポリマー薄膜中に、ダブルジャイロイド(DG)からヘキサゴナルに配列したシリンダー(HEX)に相転移が起きる現象を調べた。薄膜内部構造は、すれすれ入射小角X線散乱と透過型電子顕微鏡、電子線トモグラフィー法(TEMT)を用いて調べた。TEMTでDGとHEXが共存する構造を直接観察できた。DGからHEXへの新しい転移経路が見つかった。
“New Epitaxial Phase Transition between DG and HEX in PS-b-PI”
J. Am. Chem. Soc, Vol. 131(1), 46-47 (2008)
【概要】シリコンウエハ上のpolystyrene-b-polyisopreneジブロックコポリマー薄膜中に、ダブルジャイロイド(DG)からヘキサゴナルに配列したシリンダー(HEX)に相転移が起きる現象を調べた。薄膜内部構造は、すれすれ入射小角X線散乱と透過型電子顕微鏡、電子線トモグラフィー法(TEMT)を用いて調べた。TEMTでDGとHEXが共存する構造を直接観察できた。DGからHEXへの新しい転移経路が見つかった。
Ken-ichi Niihara, Hidekazu Sugimori, Ukyo Matsuwaki, Fumio Hirato, Hiroshi Morita, Masao Doi, Hiroyasu Masunaga, Sono Sasaki, and Hiroshi Jinnai
“A Transition from Cylindrical to Spherical Morphology in Diblock Copolymer Thin Films”
Macromolecules, Vol. 41(23), 9318-9325 (2008)
【概要】poly(styrene-block-isoprene) (SI)ブロック共重合体のミクロ相分離構造を電子線トモグラフィー法(TEMT)で解析した。SIブロック共重合体はバルク状態ではシリンダー構造をとる。このブロック共重合体の、異なる厚みの薄膜を解析した所、ほとんどの場合は基質と平行なシリンダー構造をとったが、ある特定の膜厚では球状構造を取ることが分った。この膜厚依存性を、自己無撞着場理論を用いてシミュレーションにて調べた所、自由エネルギー最小化に基づく相図が得られた。我々はシリンダー状ミクロドメインの六方格子の歪みが球状ミクロドメインへの転移を引き起こすと結論づけた。
“A Transition from Cylindrical to Spherical Morphology in Diblock Copolymer Thin Films”
Macromolecules, Vol. 41(23), 9318-9325 (2008)
【概要】poly(styrene-block-isoprene) (SI)ブロック共重合体のミクロ相分離構造を電子線トモグラフィー法(TEMT)で解析した。SIブロック共重合体はバルク状態ではシリンダー構造をとる。このブロック共重合体の、異なる厚みの薄膜を解析した所、ほとんどの場合は基質と平行なシリンダー構造をとったが、ある特定の膜厚では球状構造を取ることが分った。この膜厚依存性を、自己無撞着場理論を用いてシミュレーションにて調べた所、自由エネルギー最小化に基づく相図が得られた。我々はシリンダー状ミクロドメインの六方格子の歪みが球状ミクロドメインへの転移を引き起こすと結論づけた。
Morinobu Endo, Toru Noguchi, Masaei Ito, Kenji Takeuchi, Takuya Hayashi, Yoong Ahm Kim, Takashi Wanibuchi, Hiroshi Jinnai, Mauricio Terrones, and Mildred S. Dresselhaus
“Extreme-Performance Rubber Nanocomposites for and Probing Excavating Deep Oil Resources Using Multi-Walled Carbon Nanotubes”
Adv. Funct. Mater., Vol. 18 (21), 3403-3409 (2008)
【概要】ゴム中にカーボンナノチューブを分散させたコンポジットが、非常に優れた耐熱性、耐圧性を示すことを明らかにした。石油採掘用の改良シール材として活用される。
“Extreme-Performance Rubber Nanocomposites for and Probing Excavating Deep Oil Resources Using Multi-Walled Carbon Nanotubes”
Adv. Funct. Mater., Vol. 18 (21), 3403-3409 (2008)
【概要】ゴム中にカーボンナノチューブを分散させたコンポジットが、非常に優れた耐熱性、耐圧性を示すことを明らかにした。石油採掘用の改良シール材として活用される。
Yoshitsugu Hirokawa, Takuya Okamoto, Kohtaro Kimishima, Hiroshi Jinnai, Satoshi Koizumi, Kazuya Aizawa, and Takeji Hashimoto
“Sponge-like Heterogeneous Gels: Hierarchical Structures in Poly(N-isopropylacrylamide) Chemical Gels As Observed by Combined Scattering and Confocal Microscopy Method”
Macromolecules, Vol. 41, 8210-8219 (2008)
【概要】調整温度が24.5℃以上で得られる poly(N-isopropylacrylamide) の不透明ゲルが階層構造を持つことを、SALS、USANS、SANSを併用するcombined small-angle-scattering (CSAS)法と共焦点レーザー顕微鏡(LSCM)を組み合わせて明らかにした。グローバル構造はスポンジ状の二層構造であり、ポリマーリッチな層は密に架橋されたネットワーク鎖（tight network）を持つマイクロゲルと、そこから繋がる、水で膨潤したゆるいネットワーク鎖（loose network）から成っている。またもう一方の層は、ほとんど水分から成る。これら二つの層が三次元空間で共連続することによって、巨視的なスポンジ状構造を形成している。SALSとUSANSによると、このスポンジがおよそ12μmの固有空間を持ち、フラクタル次元は2.5、カットオフ長は上下各5および0.5μmであった。他にもマイクロゲルの径、loose networkとtight networkの熱的相関距離等の値が得られた。階層構造の形成メカニズムに付いて、二段階の架橋反応の起きる特殊反応場に基づいて論じた。
“Sponge-like Heterogeneous Gels: Hierarchical Structures in Poly(N-isopropylacrylamide) Chemical Gels As Observed by Combined Scattering and Confocal Microscopy Method”
Macromolecules, Vol. 41, 8210-8219 (2008)
【概要】調整温度が24.5℃以上で得られる poly(N-isopropylacrylamide) の不透明ゲルが階層構造を持つことを、SALS、USANS、SANSを併用するcombined small-angle-scattering (CSAS)法と共焦点レーザー顕微鏡(LSCM)を組み合わせて明らかにした。グローバル構造はスポンジ状の二層構造であり、ポリマーリッチな層は密に架橋されたネットワーク鎖（tight network）を持つマイクロゲルと、そこから繋がる、水で膨潤したゆるいネットワーク鎖（loose network）から成っている。またもう一方の層は、ほとんど水分から成る。これら二つの層が三次元空間で共連続することによって、巨視的なスポンジ状構造を形成している。SALSとUSANSによると、このスポンジがおよそ12μmの固有空間を持ち、フラクタル次元は2.5、カットオフ長は上下各5および0.5μmであった。他にもマイクロゲルの径、loose networkとtight networkの熱的相関距離等の値が得られた。階層構造の形成メカニズムに付いて、二段階の架橋反応の起きる特殊反応場に基づいて論じた。
Wonchul Joo, Seung Yun Yang, Jin Kon Kim and Hiroshi Jinnai
“Nanohole Structure Prepared by a Polystyrene-block-poly(methyl methacrylate)/poly(methyl methacrylate) Mixture Film”
Langmuir, Vol. 24(21), 12612-12617 (2008)
【概要】polystyrene-block-poly(methyl methacrylate)コポリマー(PS-b-PMMA) と PMMAホモポリマー(hPMMA)の混合薄膜を用いてシリンダー状ナノ細孔構造を作製し、電子線トモグラフィー法(TEMT)とX線反射率(XR)、すれすれ入射角X線小角散乱法にて解析した。混合薄膜は中性ブラシで改変したシリコンウエハ上にスピンコートし、PMMAのシリンダーミクロドメインが直鎖状に配列するように作製した。ナノ細孔構造を生成させるために、UV照射法と選択溶媒法の２つをとった。解析の結果、UV照射法ではより完璧な形のナノ細孔が生成し、選択溶媒法では漏斗状の細孔ができることが分った。
“Nanohole Structure Prepared by a Polystyrene-block-poly(methyl methacrylate)/poly(methyl methacrylate) Mixture Film”
Langmuir, Vol. 24(21), 12612-12617 (2008)
【概要】polystyrene-block-poly(methyl methacrylate)コポリマー(PS-b-PMMA) と PMMAホモポリマー(hPMMA)の混合薄膜を用いてシリンダー状ナノ細孔構造を作製し、電子線トモグラフィー法(TEMT)とX線反射率(XR)、すれすれ入射角X線小角散乱法にて解析した。混合薄膜は中性ブラシで改変したシリコンウエハ上にスピンコートし、PMMAのシリンダーミクロドメインが直鎖状に配列するように作製した。ナノ細孔構造を生成させるために、UV照射法と選択溶媒法の２つをとった。解析の結果、UV照射法ではより完璧な形のナノ細孔が生成し、選択溶媒法では漏斗状の細孔ができることが分った。
陣内浩司，森田裕史，新原健一
“三次元イメージング法の最近の進歩”
高分子論文集, Vol. 65, 547-561 (2008)
【概要】最近特に発展が著しいTEMTの装置・測定法の新展開と新しい三次元イメージング法であるFIB-SEMについて概説する．また，TEMTと他の構造解析法との組み合わせによるブロック共重合体・無機/高分子ナノコンポジット材料の最新の三次元観察・解析例を紹介し，三次元イメージング法による新しい高分子構造研究の方向性とその将来性について述べる．
“三次元イメージング法の最近の進歩”
高分子論文集, Vol. 65, 547-561 (2008)
【概要】最近特に発展が著しいTEMTの装置・測定法の新展開と新しい三次元イメージング法であるFIB-SEMについて概説する．また，TEMTと他の構造解析法との組み合わせによるブロック共重合体・無機/高分子ナノコンポジット材料の最新の三次元観察・解析例を紹介し，三次元イメージング法による新しい高分子構造研究の方向性とその将来性について述べる．
Hiroshi Morita, Toshihiro Kawakatsu, Masao Doi, Toshio Nishi, and Hiroshi Jinnai
“Three-Dimensional Visualization of a Single Block Copolymer in Lamellar Nanodomains”
Macromolecules, Vol. 41, 4845-4849 (2008)
【概要】SIブロック共重合体における単分子鎖の分布状態を、TEMTと計算機シミュレーションを用いて調べた。新しいシミュレーション法で得られた回転半径Rgは測定値と比較して妥当なものだった。また、平坦なラメラ構造と比較して屈曲したラメラ構造ではより分子鎖が引き延ばされていることも示された。
“Three-Dimensional Visualization of a Single Block Copolymer in Lamellar Nanodomains”
Macromolecules, Vol. 41, 4845-4849 (2008)
【概要】SIブロック共重合体における単分子鎖の分布状態を、TEMTと計算機シミュレーションを用いて調べた。新しいシミュレーション法で得られた回転半径Rgは測定値と比較して妥当なものだった。また、平坦なラメラ構造と比較して屈曲したラメラ構造ではより分子鎖が引き延ばされていることも示された。
Seiichi Kawahara, Yoshimasa Yamamoto, Shuji Fujii, Yoshinobu Isono, Ken-ichi Niihara, Hiroshi Jinnai, Hideo Nishioka, and Akio Takaoka
“FIB-SEM and TEMT Observation of Highly Elastic Rubbery Material with Nano-matrix Structure”
Macromolecules, Vol. 41, 4510-4513 (2008)
【概要】ナノマトリックス構造を有するゴム材料の粘弾特性と三次元構造の関連を調べ、ナノマトリックス構造が粘弾性を向上させることを明らかにした。
“FIB-SEM and TEMT Observation of Highly Elastic Rubbery Material with Nano-matrix Structure”
Macromolecules, Vol. 41, 4510-4513 (2008)
【概要】ナノマトリックス構造を有するゴム材料の粘弾特性と三次元構造の関連を調べ、ナノマトリックス構造が粘弾性を向上させることを明らかにした。
Keizo Akutagwa, Ken Yamaguchi, Atsushi Yamamoto, Hisashi Heguri, Hiroshi Jinnai, and Yuki Shinbori
“Mesoscopic Mechanical Analysis of Filled Elastomer with 3D-Finite Element Analysis and Transmission Electron Microtomography”
Rubber Chem. Tech., Vol. 81, 182-189 (2008)
【概要】フィラーを充填したエラストマーのメソスコピックスケールでの変形を、3D-FEM（有限要素法）を用いて解析した。三次元TEMT（透過電子線マイクロトモグラフィ）とvoxel-FEMの組み合わせによりメソスコピックスケールの三次元像再構成や、三次元の歪み分布が計算可能となった。計算上の応力歪み挙動は実験値と良好な一致が見られた。200%以上の歪み集中はカーボンブラック凝集体の間に見られた。全歪みはわずか15％であった。カーボンブラック凝集体に内包されたゴムも観察された。完全に分散したフィラーを含む仮想ラバーモデルについても計算を行った。それによると実際の三次元TEMT像から再構成したモデルよりも全応力は小さかった。内包ゴムが硬いドメインとして挙動し、フィラーによる増強作用において重要なファクターとなっている事を見出した。
“Mesoscopic Mechanical Analysis of Filled Elastomer with 3D-Finite Element Analysis and Transmission Electron Microtomography”
Rubber Chem. Tech., Vol. 81, 182-189 (2008)
【概要】フィラーを充填したエラストマーのメソスコピックスケールでの変形を、3D-FEM（有限要素法）を用いて解析した。三次元TEMT（透過電子線マイクロトモグラフィ）とvoxel-FEMの組み合わせによりメソスコピックスケールの三次元像再構成や、三次元の歪み分布が計算可能となった。計算上の応力歪み挙動は実験値と良好な一致が見られた。200%以上の歪み集中はカーボンブラック凝集体の間に見られた。全歪みはわずか15％であった。カーボンブラック凝集体に内包されたゴムも観察された。完全に分散したフィラーを含む仮想ラバーモデルについても計算を行った。それによると実際の三次元TEMT像から再構成したモデルよりも全応力は小さかった。内包ゴムが硬いドメインとして挙動し、フィラーによる増強作用において重要なファクターとなっている事を見出した。
Hyun Wook Ro, Huagen Peng, Ken-ichi Niihara, Hae-Jeong Lee, Eric K. Lin, Alamgir Karim, David W. Gidley, Hiroshi Jinnai, Do Y. Yoon, and Christopher L. Soles
“Self-Sealing of Nanoporous Low Dielectric Constant Patterns Fabricated by Nanoimprint Lithography”
Advanced Materials, Vol. 20, 1934-1939 (2008)
【概要】多孔性スピンオン有機ケイ酸塩ガラス上にナノインプリンティングリソグラフィーを用いてパターニングした材料の構造解析を、SXR, PALS, TEM (EELS)を用いて行った。（Communication）
“Self-Sealing of Nanoporous Low Dielectric Constant Patterns Fabricated by Nanoimprint Lithography”
Advanced Materials, Vol. 20, 1934-1939 (2008)
【概要】多孔性スピンオン有機ケイ酸塩ガラス上にナノインプリンティングリソグラフィーを用いてパターニングした材料の構造解析を、SXR, PALS, TEM (EELS)を用いて行った。（Communication）