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Experimental investigation of the glass transition of polystyrene thin films in a broad frequency range

広い周波数範囲におけるポリスチレン薄膜のガラス転移の実験的研究

井上 倫太郎*; 金谷 利治*; 山田 武*; 柴田 薫; 深尾 浩次*

Inoue, Rintaro*; Kanaya, Toshiji*; Yamada, Takeshi*; Shibata, Kaoru; Fukao, Koji*

本研究では、非弾性中性子散乱(INS),誘電緩和分光法(DRS),熱膨張分光法(TES)を用いたポリスチレン薄膜の$$alpha$$過程を調べた。DRSおよびTES測定は、フィルムの厚さとともにガラス転移温度($$T_{rm g}$$)の低下を示した。一方、INS測定ではTgの上昇が認められた。この矛盾を解明するために、我々は、DRSとTESによって測定された$$alpha$$過程のピーク周波数($$f_{rm m}$$)の温度依存性を調べた。実験では、測定周波数領域で膜厚が減少するにつれてピーク周波数($$f_{rm m}$$)が増加することが明らかになった。この測定結果は、膜厚に伴う観察されたTgの減少と一致する。INSとDRSまたTESとの間の$$alpha$$過程の説明の相違は、不透明な壁効果のために、膜厚および移動度の低下による見掛けの活性化エネルギーの低下に起因すると考えられる。

In this study, we investigate the $$alpha$$ process of a polystyrene thin film using inelastic neutron scattering (INS), dielectric relaxation spectroscopy (DRS), and thermal expansion spectroscopy (TES). The DRS and TES measurements exhibited a decrease in glass transition temperature ($$T_{rm g}$$) with film thickness. On the other hand, an increase in $$T_{rm g}$$ was observed in INS studies. In order to interpret this contradiction, we investigated the temperature dependence of the peak frequency ($$f_{rm m}$$) of the $$alpha$$ process probed by DRS and TES. The experiments revealed an increase in the peak frequency ($$f_{rm m}$$) with decreasing film thickness in the frequency region. This observation is consistent with the observed decrease in $$T_{rm g}$$ with thickness. The discrepancy between INS and DRS or TES descriptions of the $$alpha$$ process is likely to be attributed to a decrease in the apparent activation energy with film thickness and reduced mobility, due to the impenetrable wall effect.

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パーセンタイル:55.2

分野:Physics, Fluids & Plasmas

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