超高速赤外線光学で測定されたポリチレンとポリメチルメタクリレットの自由体積要素のサイズと動態

科学分野:

• ポリマー科学
• スペクトロスコーピー
• 材料科学

背景:

• フリー・ボリューム・エレメント (FVE) は,拡散や機械的振る舞いなどのポリマーの特性にとって極めて重要です.
• FVEのサイズ,分布,ダイナミクスを理解することは,ポリマー設計に不可欠です.
• 以前の技術では,FVEの静電特性と動力学に関する詳細な洞察が欠けていました.

研究 の 目的:

• ポリチレン (PS) とポリメチルメタクリlate (PMMA) のFVEsのサイズ,サイズ分布,ダイナミクス,および電気静的特性を調査する.
• ポリマーマトリックス内の振動探査器の方向ダイナミクスを特徴付け,FVE特性を推論する.
• 振動的なスターク効果を使って 電気フィールドの強さと FVE 半径を相関させる

主な方法:

• 制限された指向アニゾトロピー法 (ROAM) を利用し,超高速赤外線スペクトル検査を行った.
• 振動探査機 (フェニルセレノシアネート,PhSeCN) を使って,吸収スペクトル全体でその方向動態を分析した.
• 振動性スターク効果を適用して FVEの半径を 局所的な電場と結びつけました

主要な成果:

• ポリスチレン (PS) は,PMMA (平均半径3.0 Å,ほぼガウス分布) に比べて,より広い非ガウスサイズ分布を持つより大きなFVE (平均半径3.4 Å) を有しています.
• FVEの構造的動態は,平均FVEサイズを維持する形状の変動を含む ~ 150 psの時間スケールで発生します.
• PMMAは各電場強度に対して独特のFVE半径を示したが,PSは強い電場の広範囲分布に関連したより小さな半径を示した.

結論:

• ポリマーのFVEダイナミクスと静電特性に関する前例のない洞察力を提供します.
• PSとPMMAの特性には大きな違いがあり,その材料の特性にも影響を及ぼします.
• この研究は,FVEのサイズとPSの局所的な電場との複雑な関係を明らかにし,ユニークな電荷キャリアの振る舞いを示唆しています.