　研究では、アクリレート系モノマーのメチルアクリレートから成る合成高分子微粒子を使った強靭な微粒子フィルムの構造を評価し、強靭化の仕組みを探った。微粒子フィルム内の微粒子間の接着面に着目し、物質に明るい光を照射してナノレベル物質の構造を解析する放射光X線散乱法を適用した。メチルアクリレートによる高分子微粒子フィルムを測定対象とし、粒子内部の高分子鎖を架橋し、段階的に架橋の具合を変化させることで高分子鎖の動きをコントロールした。

　架橋が多い微粒子フィルムは、微粒子同士の接触面で高分子の鎖が絡まり合いにくく、すぐに破断して脆くなった。一方、架橋度合いが少ないと、強靭かつ壊れにくいことが分かった。この高強度微粒子フィルムは、水溶媒乾燥時に微粒子が互いに強く融着し、数ナノメートルの深さで高分子の鎖が絡まり合っていた。

　また、フィルム内における微粒子の変形性や運動の起こりやすさが、架橋の度合いで変化していることが分かった。伸ばした微粒子フィルムの構造を観察すると、散乱した放射光X線強度のパターンは、伸長前は等方的な円状だったが伸長後に変形していき、材料が破断するまでのナノ構造を解析できた。高分子鎖が微粒子接触面で深く絡まり合うことで材料がよく伸び、高強度化していた。

伸ばした微粒子フィルムの構造評価［クリックで拡大］出所：弘前大学

　今回、強靭化の構造をナノレベルで明らかにしたことで、劣化せずリサイクルが可能で、微粒子から成る強靭な高分子材料の設計指針を確立できた。さらに、日常的な使い方と同様に、微粒子フィルムを変形させながら内部の構造変化を確認できた。身の回りにある、さまざまな高分子への適用が期待される。

⇒その他の「研究開発の最前線」の記事はこちら

OKIエンジニアリングが高分子材料の劣化評価サービスに熱老化試験と硬度測定を追加
OKIエンジニアリングは、高分子材料の劣化を化学的および物理的に評価する「高分子材料の劣化評価サービス」に熱老化試験と硬度測定を2024年6月12日に追加する。
データ駆動による完全循環型バイオアダプティブ材料の開発を推進
日立製作所は、再資源化可能な完全循環型バイオアダプティブ材料の開発に向けて、東京大学と協創すると発表した。東京大学の実験データやノウハウを、同社のMI向けAI技術により分析することで、データ駆動による開発を推進する。
ブリヂストンがNanoTerasuを活用し材料や効率的なゴムリサイクル技術の開発を加速
ブリヂストンは、東北大学青葉山新キャンパス内に設けられた3GeV高輝度放射光施設「NanoTerasu（ナノテラス）」を活用しタイヤ材料の研究開発を開始した。
有害な重金属イオンを選別し取り除く、新しい水環境浄化システムを開発
京都大学ら国際共同研究グループは、水中の有害な重金属イオンを取り除く、新しい水環境浄化システムを開発した。設計した高分子材料は有毒イオンを選別して大量に捕捉でき、高集積化により効率的に水を浄化する。
金属を使わないカーボン系材料だけの相補型集積回路を開発、室温で安定動作
東京大学とNTTは、パイクリスタル、東京工業大学とともに、金属元素を一切含まないカーボン系の材料だけを用いて、p型とn型のトランジスタの組み合わせから成る相補型集積回路を開発したと発表した。