ポイント
- 従来のポリエチレンナノ結晶の形態観察では、ナノ結晶の形態を変化させてしまう可能性がある「コントラスト増強法」による電子顕微鏡観察が行われてきました。
- 今回、ポリエチレンナノ結晶をコントラスト増強法に頼ることなく本来の“姿”（形態）で観察できる新たな電子顕微鏡解析手法を開発しました。
- ポリエチレンナノ結晶の形態や配列状態に加え、コントラスト増強法では観察不可能なナノ結晶内部の分子鎖配向を解析した本結果は、ナノ結晶を分子論的に理解するための道筋を開き、高分子科学の基礎研究や新規材料開発に貢献すると期待されます。
産業的に最も多く使用されているプラスチック材料であるポリエチレンは、その内部に存在するナノ結晶の量や形態、向きを制御することで、強度や耐熱性などの物性を変化させることができます。このナノ結晶は、規則的に配列するひも状の高分子鎖から構成されていますが、従来の電子顕微鏡法では結晶内部の分子鎖の向き（配向）を可視化できないため、ポリエチレンの物性の起源を分子論的に解き明かすことができませんでした。また、結晶部と非晶部（分子鎖が無秩序に存在する領域）のコントラストを増強するために用いる前処理「電子染色」は、ナノ結晶の形態を変化させかねないため省略が望まれていました。
東北大学 多元物質科学研究所の陣内 浩司 教授らのグループは、最新の電子顕微鏡法による構造解析手法をポリエチレンナノ結晶の構造解析に用い、電子染色を行わずに本来の“姿”（形態）のナノ結晶を可視化し、その内部の分子鎖配向を直接解析することに世界で初めて成功しました。本成果により分子論に基づくナノ結晶の直接的な構造解析、ナノ結晶の構造と材料物性との相関関係の解明などへの道筋が開かれ、高機能材料の開発や省資源化といった、今後の循環型社会の実現に貢献することが期待されます。
本研究成果は、２０２３年９月２１日（現地時間）、学術雑誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」に公開されます。
本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業（ＣＲＥＳＴ）（課題番号：ＪＰＭＪＣＲ１９９３、ＪＰＭＪＣＲ１９Ｔ４）、日本学術振興会（ＪＳＰＳ） 科研費基盤研究Ｂ（課題番号：ＪＰ２０Ｈ０２７８２）の助成を受けて行われました。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（７８０ＫＢ）
＜論文タイトル＞
- “Reassessing chain tilt in the lamellar crystals of polyethylene”
- ＤＯＩ：10.1038/s41467-023-41138-4
＜お問い合わせ先＞
-
＜研究に関すること＞
陣内 浩司（ジンナイ ヒロシ）
東北大学 多元物質科学研究所 教授
Tel：022-217-5329
E-mail：hiroshi.jinnai.d4
tohoku.ac.jp -
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
安藤 裕輔（アンドウ ユウスケ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
Tel：03-3512-3531 Fax：03-3222-2066
E-mail：crestjst.go.jp -
＜報道担当＞
東北大学 多元物質科学研究所 広報情報室
Tel：022-217-5198
E-mail：press.tagengrp.tohoku.ac.jp科学技術振興機構 広報課
〒102-8666 東京都千代田区四番町５番地３
Tel：03-5214-8404 Fax：03-5214-8432
E-mail：jstkohojst.go.jp