高温単分子光顕微鏡で観測された薄ポリマー薄膜における異質的拡散
Bente M I Flier1, Moritz C Baier, Johannes Huber
1Fachbereich Chemie, Universität Konstanz, Universitätsstrasse 10, 78464 Konstanz, Germany.
Journal of the American Chemical Society
|November 18, 2011
まとめ
高温単分子光顕微鏡では,ポリシュチレンフィルムの異質なダイナミクスを明らかにしています. ペリレン二酸化物 (PDI) の探査機がガラス化移行温度 (Tg) 近くの移動性は,薄膜の厚さとポリマー密度プロファイルに依存します.
科学分野:
- マテリアルサイエンス 材料科学
- ポリマー物理学 ポリマー物理学
- スペクトロスコーピーは,スペクトロスコーピーを用います.
背景:
- グラス化温度 (Tg) 近くのポリマーのダイナミクスを理解することは,材料加工とアプリケーションにとって極めて重要です.
- これまでの単一分子スペクトロスコピーの研究は,熱塑性加工に係る温度を下回る温度に限られていた.
- 低分子量ペリレンダイミド (PDI) のプローブを使用したポリシュチレン (PS) フィルムは,ダイナミクスを研究するために使用されました.
研究 の 目的:
- 薄型ポリシュチレン (PS) フィルム中の単一ペリレンダイミド (PDI) 分子の温度依存のダイナミクスを調査する.
- 熱プラスチック加工に係る,高温135°Cまでの温度でのポリマーダイナミクスを探求する.
- 薄膜の厚さとポリマー密度プロフィールの分子移動性に対する影響を理解する.
主な方法:
- オーダーメイドの単分子光顕微鏡装置を使用し,高温 (135°Cまで) に達することができました.
- リラックスしたポリマーチェーンを確保するために,絡み合いの長さ未満の分子量を持つ薄いPSフィルムのPDI分子を研究しました.
- 単一探査機分子軌跡を分析し,軌跡半径に基づいて移動性および不移動性分子を区別しました.
- 観測された異質性をモデル化および合理化するためにモンテカルロランダムウォークシミュレーションを使用しました.
主要な成果:
- グラス変換温度 (Tg) 近くで,単一の PDI 探査機分子の運動の有意な異質性が観察されました.
- PDIの探査機は,バルクガラス移行温度 (Tg,bulk) 以下の状態では動かない状態で,Tg,bulk + 40 K 以下の状態では動かない状態でした.
- Tg,bulk 上の 040 K の範囲の移動式探査機の割合は,薄膜の厚さに強く依存しており,薄膜はより低い温度で移動性を示しています.
- シミュレーションは,ポリマー-空気界面でのポリマー密度プロフィール減少によるTgプロファイルと表面効果を含むモデルをサポートしました.
結論:
- 高温単分子光顕微鏡は,材料加工に係る温度範囲におけるポリマーダイナミクスの研究を可能にします.
- 薄いPSフィルムのTgに近い異質なダイナミクスは,フィルムの厚さとポリマー密度の変動によって影響を受けます.
- 観察された移動性の差異は,Tgのグラデーションとフィルム表面での優先的な探査ローカライゼーションを組み込んだモデルによって説明できます.
