うねる高分子鎖を初めて可視化~高分子セグメントの熱揺らぎを捉えた~モビリティー組立技術を刷新する新規接着技術への応用に期待~

2026-03-11 九州大学

九州大学と東京科学大学の研究チームは、固体表面に存在する高分子鎖1本の分子運動を原子間力顕微鏡(AFM)で初めて直接可視化し、高分子セグメントの熱揺らぎと非平衡挙動を明らかにした。観察の結果、高分子鎖の中には温度により活発に動く「熱活性セグメント」と、表面への一時的な吸着により運動が抑制される「熱抑制セグメント」が共存し、吸着と脱離を繰り返す非平衡的な動きを示すことが判明した。これにより、界面高分子鎖は一様ではなくセグメントごとに異なる運動性を持つという新しい分子像が示された。本成果は接着界面の分子設計を高度化し、異種材料接着技術や軽量モビリティ構造の開発に貢献すると期待される。

うねる高分子鎖を初めて可視化~高分子セグメントの熱揺らぎを捉えた~モビリティー組立技術を刷新する新規接着技術への応用に期待~
固体表面の高分子鎖の分子運動を実空間で可視化し、新たな分子描像を見出した。(左上段)AFM高さ像、(右上段)模式図、(下段)(1)熱活性、(2)熱抑制、(3)吸脱着を伴う非平衡挙動の模式図。

<関連情報>

固体表面上の孤立高分子鎖におけるセグメント状ダイナミクスの直接可視化 Direct Visualization of Segment-Like Dynamics in Isolated Polymer Chains on Solid Surfaces

Shuji Morita,Yuma Morimitsu,Shiho Tanizaki,Tomohiro Kubo,Satoru Yamamoto,Kotaro Satoh,and Keiji Tanaka
Journal of the American Chemical Society  Published: March 11, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c23137

Abstract

The performance of polymer-based composites, coatings, and adhesives is critically governed by the dynamics of chains at solid interfaces, yet their molecular principles remain unresolved. Here, we use time-resolved atomic force microscopy to directly map segment-level relaxation dynamics in isolated polystyrene chains on atomically flat substrates. We uncover pronounced spatial heterogeneity, with some segments accelerating with temperature while others slowing down, a counterintuitive behavior arising from transient adsorption. These dynamics propagate into neighboring chains through interfacial coupling and extend the influence of adsorption beyond direct contacts. Molecular dynamics simulations corroborate the coexistence of thermally activated and adsorption-driven slowing processes, and experiments on catechol-functionalized chains demonstrate generality and relevance to adhesion on metal oxides. Our results establish a real-space framework for linking interfacial structure and chain dynamics. They also reveal isolated chains on solids as nonequilibrium systems, offering a paradigm for molecular-level design of adhesion and interfacial toughness.

0504高分子製品
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