Mesoscale spatial distribution of electron spins studied by time-resolved small-angle and ultrasmall-angle neutron scattering with dynamic nuclear polarization; A Case of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO) doped in high-density polyethylene

動的核スピン偏極法と中性子超小角散乱法を用いた、高密度ポリエチレン試料中におけるTEMPOフリーラジカルのメソスケール空間分布の決定

熊田 高之   ; 能田 洋平; 小泉 智; 橋本 竹治

Kumada, Takayuki; Noda, Yohei; Koizumi, Satoshi; Hashimoto, Takeji

TEMPOをドープした高密度ポリエチレン試料の時間分解動的核スピン偏極(DNP)及び中性子小角散乱(SANS)実験を行った。DNPに用いるマイクロ波周波数を切り替えた直後に小角散乱の強度が最大100倍も増大した。この散乱強度の増大はTEMPOフリーラジカルの密度揺らぎによるものであることがわかった。マイクロ波切り替えに応答してTEMPOラジカル近傍の陽子の偏極はすぐに切り替わるが、TEMPOから離れた陽子はスピン拡散に要する時間だけ遅れて偏極度が切り替わる。TEMPOラジカル近傍と遠方との偏極度の違いが小角領域に散乱を生じさせたものと考えられる。

We carried out time-resolved small-angle neutron scattering studies of dynamically polarized high-density polyethylene (HDPE) doped with 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO) persistent free radicals. We observed an enhancement of the scattering intensity by a factor of 100 in maximum after switching a microwave frequency. The enhancement was found to be due to concentration fluctuation of TEMPO, which generates heterogeneity of polarization with the length-scale of about 100 nm and scattering due to the heterogeneity. The length scale of the heterogeneity indicates that the TEMPO free radicals are localized more in non-fibrils but less in fibrils of HDPE.