高分子鎖の接着初期素過程の直接観察に成功

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単一高分子鎖の非可逆吸着現象から革新的接着技術の構築へ

2020-12-01 九州大学,科学技術振興

次世代モビリティの軽量化を目的として構造部材のマルチマテリアル化が推奨され、将来的にはオールプラスチック化が予測されています。このため、部材の組立は現在のボルト・リベットなどを用いた接合技術から、高分子材料を用いた接着技術へ転換することが喫緊の課題となっています。

モビリティ部材を接着技術だけで組み上げることが可能になれば、軽量化の実現、すなわち、燃費向上による省エネ化、低炭素化が加速できます。さらには、センサーの小型化も進展しており、これらを自在に組み立てるための接着が可能となれば、モビリティの自動運転が飛躍的に進展し、安全・安心社会の推進へと大きく貢献できると期待されます。

人命に関わるモビリティにおいて接着技術を導入するには、学理に基づく強度や耐久性の保証およびそれらに基づいた健全性や信頼性が求められます。しかしながら、現状では、実接着界面での破壊挙動の分子描像はもちろん、接着機構すら理解できていない状況です。

九州大学 大学院工学研究院/次世代接着技術研究センターの織田 ゆか里 助教、田中 敬二 教授らの研究グループは、接着現象を、分子中の官能基の配向状態から巨視的な力学強度までのマルチスケールな空間で、かつ、時間変化で包括的に解析し、その発現機構を明らかにすることを目的として、JST 未来社会創造事業 大規模プロジェクト型「界面マルチスケール4次元解析による革新的接着技術の構築」を遂行しています。同プロジェクトでは、高分子科学および先端計測を専門とする研究者と共同連携企業の連合体が特定先端大型研究施設などの支援の下、「接着現象」について界面の学理構築から社会実装までを展開しています。

本研究において、織田助教らは固体基板上に孤立して存在する高分子鎖が、熱処理とともにその形態を変化させ吸着していく様子を直接観察することに成功しました。従来は分光学的なデータから高分子鎖の吸着現象を議論していましたが、本研究では原子間力顕微鏡を用いて「直接観察」するとともに、分子動力学計算により形態変化がコンフォメーション転移であることを明らかにしました。

この成果は、被着体上で接着剤が固化していく際の素過程に対応しており、界面コンフォメーションの絡み合い制御方法を示唆していることから、接着強度や寿命予測の理解と設計につながることが期待されます。

本研究は、九州大学 次世代接着技術研究センターの山本 智 教授、大学院工学研究院の川口 大輔 准教授、次世代接着技術研究センターの盛満 裕真 博士と共同で行いました。

本研究成果は、2020年12月1日(英国時間)に国際科学誌「Scientific Reports」でオンライン公開されます。

本研究成果は、以下の支援によって得られました。

JST 未来社会創造事業 大規模プロジェクト型

技術テーマ:「Society5.0の実現をもたらす革新的接着技術の開発」

研究開発課題名:「界面マルチスケール4次元解析による革新的接着技術の構築」

研究開発代表者:田中 敬二(九州大学 大学院工学研究院 教授)

研究実施場所:九州大学

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Direct Observation of Morphological Transition for an Adsorbed Single Polymer Chain”
DOI:10.1038/s41598-020-77761-0
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>
田中 敬二(タナカ ケイジ)
九州大学 大学院工学研究院 教授
九州大学 次世代接着技術研究センター センター長

<JST事業に関すること>
庄司 真理子(ショウジ マリコ)
科学技術振興機構 未来創造研究開発推進部

<報道に関すること>
九州大学 広報室
科学技術振興機構 広報課

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