Neutron reflectivity study on the nanostructure of PMMA chains near substrate interfaces based on contrast variation accompanied with small molecule sorption

下北 啓輔*; 山本 勝宏*; 宮田 登*; 中西 洋平*; 柴田 基樹*; 竹中 幹人*; 山田 悟史*; 瀬戸 秀樹*; 青木 裕之; 宮崎 司*

Soft Matter, 19(11), p.2082 - 2089, 2023/03

https://doi.org/10.1039/D2SM01482C

In the case of poly(methyl methacrylate) (PMMA) thin films on a Si substrate, thermal annealing induces the formation of a layer of PMMA chains tightly adsorbed near the substrate interface, and the strongly adsorbed PMMA remains on the substrate, even after washing with toluene (hereinafter called adsorbed sample). Neutron reflectometry revealed that the concerned structure consists of three layers: an inner layer (tightly bound on the substrate), a middle layer (bulk-like), and an outer layer (surface) in the adsorbed sample. When an adsorbed sample was exposed to toluene vapor, it became clear that, between the solid adsorption layer (which does not swell) and bulk-like swollen layer, there was a "buffer layer" that could sorb more toluene molecules than the bulk-like layer. This buffer layer was found not only in the adsorbed sample but also in the standard spin-cast PMMA thin films on the substrate. When the polymer chains were firmly adsorbed and immobilized on the Si substrate, the freedom of the possible structure right next to the tightly bound layer was reduced, which restricted the relaxation of the conformation of the polymer chain strongly. The "buffer layer" was manifested by the sorption of toluene with different scattering length density contrasts.

Neutron reflectivity on the mobile surface and immobile interfacial layers in the poly(vinyl acetate) adsorption layer on a Si substrate with deuterated toluene vapor-induced swelling

宮崎 司*; 下北 啓輔*; 山本 勝宏*; 青木 裕之; 山田 悟史*; 宮田 登*

Langmuir, 36(49), p.15181 - 15188, 2020/12

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.0c03025

We investigated the polymer chain dynamics in a 2-3 nm thick poly(vinyl acetate) (PVAc) adsorption layer on a Si substrate with a native oxide layer via neutron reflectometry combined with toluene vapor-induced swelling. We can investigate the polymer chain dynamics difference in the film thickness direction by the difference in the degree of swelling of the polymer layers detected by neutron reflectometry. The mobility of the polymer chains depends on the distance from the substrate. The results elucidated that the interfacial layer with a thickness of approximately 1 nm did not swell at all with toluene vapor, which is a solvent for PVAc. Meanwhile, the surface layer excessively swells with toluene vapor compared to the bulk. This indicates that the polymer chain within the interfacial region is immobilized by the substrate through hydrogen-bonding interaction, but in the surface region, the surface effect overcomes this interfacial interaction. We concluded that the polymer chains in the adsorption layer are either strongly constrained to the substrate, owing to hydrogen bonding, or more mobile than the bulk, owing to the surface effect.

Temperature stability of PIN-PMN-PT ternary ceramics during pyroelectric power generation

茂呂 拓哉*; Kim, J.*; 山中 暁*; 村山 一郎*; 加藤 孝典*; 中山 忠親*; 武田 雅敏*; 山田 昇*; 西畑 保雄; 福田 竜生; et al.

Journal of Alloys and Compounds, 768, p.22 - 27, 2018/11

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.07.182

Relaxor-based ternary Pb(InNb)O-Pb(MgNb)O-PbTiO (PIN-PMN-PT) ceramics near a morphotropic phase boundary were grown, and their electrical properties at various temperatures were investigated in the electrothermodynamic cycle for the future environment-friendly automotive applications. Structural disordering, depending on the PIN content, influenced the diffuse phase transition between the tetragonal and cubic structures and contributed to the power-generating behavior. The net power-generating energies (P) were 2.43-3.01 mW/cm at temperatures above 200C and were maintained at above 1 mW/cm over a temperature range of approximately 100 degrees. Therefore, the PIN-PMN-PT system has a possibility of a wider usage temperature range, the disordering of the perovskite crystal structure can be controlled, and it will be a candidate for the application of pyroelectric energy conversion system.

Experimental characterization of concrete removal by high-power quasicontinuous wave fiber laser irradiation

Nguyen, P. L.; 大道 博行; 山田 知典; 西村 昭彦; 長谷川 登*; 河内 哲哉*

Journal of Laser Applications, 29(4), p.041501_1 - 041501_11, 2017/11

https://doi.org/10.2351/1.5008326

トンネルなどのインフラの保守保全作業は、技術者の目視確認、手作業(触診・打音・叩き落とし)で行われている。これらの作業は、非常に時間がかかり、大きな危険が伴うため、従来技術に変わる効率的で安全な保守保全技術の確立が求められている。本研究では、叩き落としに変わる技術として、高出力QCWファイバーレーザーを用いたコンクリート穿孔、切断除去技術の開発を行っており、その結果について報告する。

Relationship between the material properties and pyroelectric-generating performance of PZTs

山中 暁*; Kim, J.*; 中島 啓*; 加藤 孝典*; Kim, Y.*; 福田 竜生; 吉井 賢資; 西畑 保雄; 馬場 将亮*; 山田 昇*; et al.

Advanced Sustainable Systems (Internet), 1(3-4), p.1600020_1 - 1600020_6, 2017/04

http://doi.org/10.1002/adsu.201600020

プロジェクトとして取り組んできている自動車排ガスを用いた温度変化発電に関し、変換素子の材料選定等に重要となる性能指数について、素子の物理量の温度変化の測定を行うことで調べた。測定結果を用い、これまで提案されていたいくつかの性能指数の温度変化を詳しく調べて比較することで、と呼ばれる指数が最も発電量との相関が高いことを示した。この指数には唯一誘電正接()が含まれており、誘電体内での電気エネルギー損失が重要であることを示唆する結果となっている。

Phase-change materials; Vibrational softening upon crystallization and its impact on thermal properties

松永 利之*; 山田 昇*; 小島 理恵*; 社本 真一; 佐藤 真直*; 谷田 肇*; 宇留賀 朋哉*; 小原 伸司*; 高田 昌樹*; Zalden, P.*; et al.

Advanced Functional Materials, 21(12), p.2232 - 2239, 2011/06

https://doi.org/10.1002/adfm.201002274

相変化材料のアモルファスと結晶状態の熱特性は顕著な違いを示しており、それは結晶相におけるより大きな温度因子であり、またより際立った非調和的な振舞いである。これらの発見は結晶化における結合の変化に関連している。

地質環境の長期安定性に関する研究 年度報告書(平成19年度)

草野 友宏; 野原 壯; 梅田 浩司; 石丸 恒存; 花室 孝広; 齋藤 龍郎; 安江 健一; 丹羽 正和; 島田 耕史; 山田 国見; et al.

JAEA-Research 2009-022, 47 Pages, 2009/09

JAEA-Research-2009-022.pdf:48.94MB

我が国は変動帯に位置しており、安定大陸に位置する欧米諸国に比べて、地震や火山活動等が活発である。地層処分においては、まず安定な地質環境を選んだうえで、そこに適切な多重バリアシステムを構築することが、安全確保の基本的な考え方である。このため、地質環境の長期安定性に関する研究においては、地層処分の場としての地質環境に重要な変化をもたらす可能性のある地震・断層活動,火山活動,隆起・侵食,気候・海水準変動等の天然現象に着目して、それらの有無や程度が文献から明らかでない場合に適用する調査技術や、それらが地質環境に及ぼす影響を評価するための調査技術・解析手法にかかわる研究開発を進めている。平成19年度においては、我が国の地質環境において地層処分システムの成立性に重大な影響を及ぼす現象の存在や、過去の変動の履歴を確認するための調査技術として、以下の項目について調査・研究を行った。地震・断層活動については、破砕帯の分布,活動履歴,活動性の調査技術の整備を行った。火山活動については、熱履歴や地下深部のマグマ・高温流体などを調査する技術の開発を行った。隆起・侵食/気候・海水準変動については、河成段丘を用いた隆起速度を調査する技術,地形変化をモデル化する技術,地殻変動や気候変動を考慮した地下水流動解析手法などの開発を行った。

地質環境の長期安定性に関する研究 年度報告書(平成18年度)

野原 壯; 梅田 浩司; 笹尾 英嗣; 花室 孝広; 齋藤 龍郎; 安江 健一; 丹羽 正和; 眞島 英壽*; 島田 耕史; 山田 国見; et al.

JAEA-Research 2008-062, 61 Pages, 2008/07

JAEA-Research-2008-062.pdf:39.02MB

我が国は変動帯に位置しており、安定大陸にある欧米諸国に比べて、地震や火山活動等が活発である。地質環境の長期安定性に関する研究においては、地質環境に重要な変化をもたらす可能性のある天然現象に着目して、それらの特徴を明らかにするとともに、それらが地質環境に及ぼす影響を評価するための調査技術・手法にかかわる研究開発を進めている。平成18年度においては、地層処分システムの成立性に重大な影響を及ぼす現象の存在や、過去の変動の履歴をあらかじめ確認するための調査技術として、以下の項目について調査・研究を行った。活断層・地震活動については、活断層の分布と活動履歴(移動,伸張,変形帯の発達過程)の調査技術に関する既存情報の整備を行い、火山活動については、第四紀の火山・地熱活動(特に低温領域の熱履歴)や地下深部のマグマ・高温流体等の基礎的な探査技術の抽出を行った。隆起・侵食/気候・海水準変動については、地形変化モデルの概念モデルの作成等を行った。

Hydrogen production and morphological change of chrysotile asbestos in the radiolysis of aqueous solutions

青柳 登; 永石 隆二; 江坂 文孝; 山田 禮司

Chemistry Letters, 36(7), p.890 - 891, 2007/07

https://doi.org/10.1246/cl.2007.890

本研究ではアスベストの主構成成分であるクリソタイルの処分・処理法を線・電子線を用いた方法で行った。従来の高温加熱によるアスベストの溶融では1,000C以上の高温が必要であり、また融点を下げるために塩を大量に加える必要があるなど、環境負荷は決して少ないとは言えない。そこで副生成物を大量に生じない分解・無毒化方法を電子顕微鏡,比表面積測定などの分析技術に基づき検討した。さらに水素ガス発生材料としてのアスベストの有効利用を図ることも検討した。

Local crystal structures of GeSbTe revealed by the atomic pair distribution function analysis

社本 真一; 樹神 克明; 飯久保 智; 田口 富嗣; 山田 昇*; Proffen, T.*

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 45(11), p.8789 - 8794, 2006/11

https://doi.org/10.1143/JJAP.45.8789

パルス中性子の特徴を利用した構造解析法の一つである結晶PDF解析法を用いた研究例として、光相変化記録材料DVD-RAMとして実用化されているGeSbTeの結晶相とナノ相の局所構造解析を紹介した。ナノ相は格子定数が広がっており、GeSbTeと思われ、この異なる組成が結晶成長の核となる理由から、この系では核生成により結晶成長を起こすことがわかった。またそのアモルファス中に埋もれたナノ粒子の粒径分布を求める新しい試みについても報告した。