九州大學,科學技術振興機構(JST)

令和3年8月19日

九州大學
科學技術振興機構(JST)

高分子ガラス表面における疑似絡み合いセグメントの観測に成功

~高分子鎖の局所コンフォメーションから革新的接著技術の構築へ~

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、將來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、部材の組み立ては現在のボルト?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著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著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、その先の自動運転が普及するSociety5.0を実現するためには、センサや電子部品の小型化、高性能化が必須であり、これらを自在に組み立てるための接著が可能となれば、安全?安心社會の推進へと大きく貢獻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著技術を導入するには、理論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、現狀では、実接著界面での破壊挙動の分子描像はもちろん、接著機構すら理解できていない狀況です。

九州大學 大學院工學研究院/次世代接著技術研究センターの田中 敬二 主幹教授/センター長、川口 大輔 準教授らの研究グループは、接著現象を、分子中の官能基の配向狀態から巨視的な力學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ています。接著界面の本質的な理解により次世代接著技術を確立し、基盤技術を構築することを目的として、JST 未來社會創造事業 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著技術の構築」を遂行しています。同プロジェクトでは、高分子科學および先端計測を専門とする研究者と共同連攜企業の連合體が特定先端大型研究施設などの支援の下、「接著現象」における界面の理解から社會実裝までを展開しています。

研究グループはナノクリープ実験に基づき、高分子ガラス表面では分子鎖の長さに依存しない絡み合いセグメントが存在することを観測しました。従來は、高分子鎖の絡み合いはその長さのみで規定されると考えられていましたが、本研究では、高分子表面に存在する分子鎖が內部領域までつながるため、表面近傍でセグメントが緩和しても疑似ループコンフォメーションが形成され、短い分子鎖でも一時的に絡み合ったような粘弾性挙動を示すことを明らかにしました。この成果は、熱可塑性表面層での分子鎖の絡み合い制御につながることから、現在、接著方法論が確立されておらず適用例の少ない熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の接著技術の開発を加速すると期待できます。

本研究は、田中 教授が客員教授を勤める浙江理工大學および南フロリダ大學、プリンストン大學と共同で行いました。

本研究成果は、2021年8月18日(英國時間)にNature誌のオンライン版で公開されます。

今回の研究成果は、以下の事業?研究領域?研究課題によって得られました。

科學技術振興機構(JST)未來社會創造事業 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著技術の開発」

「界面マルチスケール4次元解析による革新的接著技術の構築」
(研究開発代表者:田中 敬二)
九州大學 大學院工學研究院/次世代接著技術研究センター
田中 敬二 主幹教授/センター長
九州大學

http://www.nowyouseehim.com/mirai/jp/uploads/brochure-r01.pdf

<プレスリリース資料>

<論文タイトル>

“Mobility Gradients Yield Rubbery Surfaces atop Polymer Glasses”
DOI:10.1038/s41586-021-03733-7

<お問い合わせ先>

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