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Nano-meso scale structures of radiation-grafted polymer electrolyte membranes investigated by small angle neutron scattering technique

小角中性子散乱測定による放射線グラフト電解質膜のナノーメソスケール構造評価

澤田 真一; 山口 大輔; Putra, A.; 小泉 智; 前川 康成

Sawada, Shinichi; Yamaguchi, Daisuke; Putra, A.; Koizumi, Satoshi; Maekawa, Yasunari

高性能燃料電池電解質膜を開発するうえで、既存の電解質膜の構造を明らかにすることは非常に重要である。そこで本研究では、小角中性子散乱(SANS)測定によって、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)を基材とする電解質膜の構造を調べた。SANSプロファイルでは、波数q$$_{P}$$=0.16nm$$^{-1}$$の位置にショルダーピークが観察された。この結果は、ポリスチレンスルホン酸グラフト鎖からなるドメインは、相関長L$$_{P}$$=2$$pi$$/q=39nmの間隔で存在することを示唆する。ETFEラメラにおける結晶相間隔はL$$_{P}$$と近かったことから、ラメラの非晶相領域にグラフト鎖が導入されたと考えられる。

In order to develop the novel polymer electrolyte membranes (PEMs) with high performances, it is important to clarify the structures of conventional PEMs. In this study, we investigated the structures of the radiation grafted PEMs based on poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE) films by a small angle neutron scattering (SANS) technique. From the SANS profile, the shoulder peak was observed at the wave number q$$_{P}$$=0.16nm$$^{-1}$$. This result suggest that the domains containing poly(styrene sulfonic acid) (PSSA) graft chains should exist at constant intervals, corresponding to the correlation distance L$$_{P}$$=2$$pi$$/q=39 nm. The distance of ETFE lamellar stacks was reported to 27 nm, which is somewhat close to L$$_{P}$$. This indicates that the PSSA graft chains were introduced in the interfacial regions in lamellar stacks.

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