[論文レビュー] Orthorhombic Fddd Network in Diblock Copolymer Melts

Mikihito Takenaka, Tsutomu Wakada+5 more|Kyoto University Research Information Repository (Kyoto University)|May 10, 2006

Advanced Memory and Neural Computing被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、小角X線回折および透過電子顕微鏡を用いて、ポリスチレン-ブロック-イソプレンのジブロックコポリマー溶融状態において、初めて直交晶系Fdddネットワーク構造の実験的観察を報告した。Fddd相は冷却に伴い、無秩序状態→Fddd相→ラメラ相の順序で出現し、単位格子比(a:b:c) = 1:2.02:3.46を示し、自己無撞着場理論の予測と極めてよく一致しており、ブロックコポリマー系における長年にわたり理論的に予想されてきた構造の実証がなされた。

ABSTRACT

For the first time a Fddd network structure is found in a poly(styrene-b-isoprene) (S-I) diblock copolymer melts by using small-angle X-ray scattering and transmission electron microscope, as predicted by Tyler et al. by using calculations with self-consistent field theory for diblock copolymer melts. The phase diagram of the S-I exhibits the sequence of Disorder- Fddd-Lamellae with decreasing temperature. The measured unit cell parameters ratios (a,b,c) are (1:2.02:3.46), which agrees with the result of the theoretical calculation.

研究の動機と目的

• タイラーらが自己無撞着場理論を用いて予測したように、ジブロックコポリマー溶融状態におけるFdddネットワーク構造の実験的検証を目的とする。
• 温度の関数として、ポリスチレン-ブロック-イソプレンのジブロックコポリマー溶融状態の相挙動を同定することを目的とする。
• 実験的測定により、Fddd相の構造的パラメータ、特に単位格子の寸法と対称性を決定することを目的とする。
• ブロックコポリマー系におけるFddd相の安定性および構造の理論的予測の妥当性を検証することを目的とする。
• 理論的相図とソフトマターにおける実験的観察されたナノ構造との直接的な関連を確立することを目的とする。

提案手法

• ジブロックコポリマー溶融状態におけるナノ構造相の長周期的秩序および対称性を調査するために、小角X線回折（SAXS）が用いられた。
• 微相分離した形態を直接画像化し、Fdddネットワーク構造の確認のために、透過電子顕微鏡（TEM）が用いられた。
• 温度依存測定を実施し、冷却に伴う相の遷移をマッピングした。その順序は、無秩序状態 → Fddd相 → ラメラ相であった。
• SAXSデータから単位格子パラメータ（a, b, c）を抽出し、自己無撞着場理論による理論的予測と比較した。
• タイラーらによる理論的計算が、実験的検証の基準として用いられたFddd構造パラメータの期待値を提供した。
• 観察された無秩序状態、Fddd相、ラメラ相間の遷移に基づき、実験的相図が構築された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自己無撞着場理論により予測されたジブロックコポリマー溶融状態におけるFdddネットワーク構造は、実際の実験系において存在するか？
• RQ2 温度を低下させた際のポリスチレン-ブロック-イソプレンのジブロックコポリマー溶融状態で観察される相の順序は何か？
• RQ3 実験的に測定されたFddd相の単位格子パラメータは、理論的予測とどの程度一致するか？
• RQ4 ジブロックコポリマー溶融状態で形成されたナノ構造の対称性および長距離秩序は何か？
• RQ5 制御された熱的条件下で、Fddd相が実ジブロックコポリマー系に安定化され、観察可能か？

主な発見

• 小角X線回折および透過電子顕微鏡を用いた実験により、ポリスチレン-ブロック-イソプレンのジブロックコポリマー溶融状態におけるFdddネットワーク構造が確認された。
• 冷却に伴う相の順序は、無秩序状態 → Fddd相 → ラメラ相であり、理論的予測と整合的であった。
• Fddd相の測定された単位格子パラメータはa:b:c = 1:2.02:3.46であり、自己無撞着場計算による理論的予測と一致した。
• 単位格子の辺の比が顕著に非立方晶的であることが確認され、Fdddネットワークの直交晶対称性が裏付けられた。
• 実験的結果により、ジブロックコポリマー溶融状態におけるFdddネットワークの初の直接的証明が得られ、長年の理論的予測が裏付けられた。
• 実験的および理論的単位格子比の一致は、自己無撞着場理論が複雑なブロックコポリマーナノ構造を記述する上で正確であることを確認した。