高分子鎖の新しい吸着機構を発見

複数の軽量かつ高強度な材料を適材適所で組み合わせる“マルチマテリアル技術”が、グリーン成長戦略の切り札として注目されています。例えば、非鉄金属と炭素繊維複合材料の組み合わせは、モビリティーの軽量化を実現し、省エネルギー化によるカーボンニュートラルに貢献できます。マルチマテリアル化を推進するためには、従来の接合技術を超えた信頼性のある接着技術の構築が必要です。また、接着技術の革新は燃費だけでなく、組み立て工程からリサイクル工程まで変革しうることから、モビリティーライフサイクルにおける環境負荷の低減にも多く貢献します。しかし、これまで、接着剤の構成成分である高分子が被着体上でどのように界面を形成しくっついていくのか分からず、その本質的なメカニズムが未解明となっていました。本研究では、高分子の異種材料表面への吸着挙動、ならびに、これを起点とする界面層の形成を世界で初めて視覚的に解明し、接着界面の新しい形成機構を明らかにしました。

盛満 裕真 助教（九州大学）、松野 寿生 准教授（九州大学）、織田 ゆか里 准教授（静岡大学）、山本 智 教授（九州大学）、田中 敬二 主幹教授（九州大学）らの研究グループは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）観察に基づき、長さの異なるデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）の固体材料上への吸着過程を解析しました。その結果、高分子鎖が長くなると、複数分子が隣り合って“協同的に吸着”すること、また、協同吸着は空きスペースを縫う“橋掛け吸着”を誘引し、吸着層形成を促進することを見いだしました。さらには、吸着層に用いる高分子の長さを変えるだけで、高分子系複合材料の強靭化を実現することに成功しました。

本成果は、異種マテリアル界面を自在に操る革新的接着技術の導出に向けた重要な知見であり、ひいては、カーボンニュートラルの実現に大きく貢献することが期待されます。

本研究成果は、米国科学雑誌「Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｄｖａｎｃｅｓ」オンライン版に２０２２年１０月１３日（木）（日本時間）に掲載されます。