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JP5131690B2 - Method for producing nanostructured material, nanostructured material and use thereof - Google Patents

Method for producing nanostructured material, nanostructured material and use thereof Download PDF

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JP5131690B2
JP5131690B2 JP2008053865A JP2008053865A JP5131690B2 JP 5131690 B2 JP5131690 B2 JP 5131690B2 JP 2008053865 A JP2008053865 A JP 2008053865A JP 2008053865 A JP2008053865 A JP 2008053865A JP 5131690 B2 JP5131690 B2 JP 5131690B2
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Description

本発明は、ナノ構造材料の製造方法、ナノ構造材料及びその利用に関し、特にらせん構造を有するナノ構造材料の製造方法、ナノ構造材料及びその利用に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a nanostructured material, a nanostructured material and use thereof, and more particularly to a method for producing a nanostructured material having a helical structure, nanostructured material and use thereof.

ナノスケールの微細ならせん構造であるナノらせん構造は、超高周波領域の電磁波吸収材料、センサ、アンテナ、高機能分離膜等として、幅広い用途への利用が可能と考えられる。また、かかるナノらせん構造におけるらせんのピッチやらせん径などを正確に制御することができれば工業的なインパクトは非常に大きい。   The nano-helical structure, which is a nano-scale fine helical structure, can be used in a wide range of applications as an electromagnetic wave absorbing material, sensor, antenna, high-performance separation membrane, etc. in the ultra-high frequency region. Further, if the spiral pitch and the spiral diameter in such a nano-helical structure can be accurately controlled, the industrial impact is very large.

従来ナノらせん構造を形成するとされている高分子材料としては、光学活性を有する有機又は無機材料が知られている。   An organic or inorganic material having optical activity is known as a polymer material that is conventionally considered to form a nano-helical structure.

例えば、特許文献1には、らせん構造などの光学活性なキラル配向構造を有する重合体が有する分子レベルのキラルな情報を効率的にシリカなどの金属酸化物に転写することを目的として、光学活性なキラル配向構造を有する有機/無機複合体からなるらせん構造を製造することが報告されている。   For example, Patent Document 1 discloses an optical activity for the purpose of efficiently transferring molecular level chiral information possessed by a polymer having an optically active chiral alignment structure such as a helical structure to a metal oxide such as silica. It has been reported to produce a helical structure composed of an organic / inorganic composite having a chiral orientation structure.

また、非特許文献1および2には、いずれかの成分が光学活性を有する2成分系のブロック共重合体が、シリンダー構造又はジャイロイド構造を形成する分子内組成比であっても、右巻きのらせん構造を形成することが報告されている。   Further, in Non-Patent Documents 1 and 2, even if the two-component block copolymer in which any of the components has optical activity has an intramolecular composition ratio that forms a cylinder structure or a gyroid structure, it is clockwise. It has been reported to form a helical structure.

通常、各成分が光学活性を有さない2成分系のブロック共重合体は、互いに非相溶の高分子鎖を共有結合することにより、同種の高分子鎖同士が集まり、それぞれの成分が独立に高次構造を形成する結果、いわゆるミクロ相分離を起こす。一般に、ポリマーブロックAとポリマーブロックBとを共有結合してなるABブロック共重合体では、A成分とB成分との体積分率によって種々の規則性の高いナノスケールの高次構造が発現する。A成分の体積分率の増大に伴い、A成分が球状である構造、A成分がシリンダー状である構造、A成分がジャイロイド状である構造、ラメラ構造、B成分がジャイロイド状である構造、B成分がシリンダー状である構造、B成分が球状である構造が観察される。   In general, in a two-component block copolymer in which each component does not have optical activity, the same kind of polymer chains gather together by covalently bonding incompatible polymer chains to each other, and each component is independent. As a result, a so-called microphase separation occurs. In general, in an AB block copolymer formed by covalently bonding a polymer block A and a polymer block B, various highly ordered nanoscale higher-order structures are expressed depending on the volume fraction of the A component and the B component. As the volume fraction of the A component increases, the A component has a spherical structure, the A component has a cylindrical shape, the A component has a gyroid-like structure, a lamellar structure, and the B component has a gyroid-like structure. A structure in which the B component is cylindrical and a structure in which the B component is spherical are observed.

非特許文献1にはスチレン−Lラクチドブロック共重合体から1重のらせん構造を製造することが、非特許文献2はスチレン−イソシアニドブロック共重合体から1重らせん構造を製造することが開示されている。   Non-Patent Document 1 discloses that a single helical structure is produced from a styrene-L-lactide block copolymer, and Non-Patent Document 2 discloses that a single helical structure is produced from a styrene-isocyanide block copolymer. ing.

また、光学活性を持たない高分子としては、非特許文献3及び4に、3成分系のブロック共重合体がらせん構造を発現することが開示されている。このらせん構造はコアのシリンダーに4本のシリンダーがらせん状に巻き付いた構造であると考えられている。   As polymers having no optical activity, Non-Patent Documents 3 and 4 disclose that a three-component block copolymer exhibits a helical structure. This helical structure is considered to be a structure in which four cylinders are spirally wound around a core cylinder.

ところで、垂直に配向するシリンダー構造やラメラ構造を有するブロック共重合体膜については、磁気記録媒体、太陽電池、発光素子、精密フィルター等広範な分野への応用が期待されている。しかし、シリンダー構造やラメラ構造を垂直に配向させることは困難であることから種々の方法が提案されている。   By the way, the block copolymer film having a vertically oriented cylinder structure or lamellar structure is expected to be applied to a wide range of fields such as a magnetic recording medium, a solar cell, a light emitting element, and a precision filter. However, various methods have been proposed because it is difficult to orient the cylinder structure or lamella structure vertically.

例えば、特許文献2には、スチレン−エチレンブチレン−スチレントリブロック共重合体を用い、貧溶媒を用いた溶媒キャスト法により球構造を形成させ、シリコーンオイルバス中で加熱処理を行うことで垂直配向するシリンダー構造を製造する方法が開示されている。   For example, in Patent Document 2, a styrene-ethylenebutylene-styrene triblock copolymer is used, a spherical structure is formed by a solvent casting method using a poor solvent, and heat treatment is performed in a silicone oil bath to perform vertical alignment. A method of manufacturing a cylinder structure is disclosed.

また、特許文献3には、スチレン−イソプレンブロック共重合体をゾーン加熱することにより垂直配向するラメラ構造を製造する方法が開示されている。   Patent Document 3 discloses a method for producing a lamellar structure in which a styrene-isoprene block copolymer is vertically aligned by zone heating.

また、特許文献4には、特性表面粗さ以上の(凹凸のある)基板上にブロック共重合体を載置し、熱処理することにより垂直配向するラメラ構造を製造する方法が開示されている。   Further, Patent Document 4 discloses a method of manufacturing a lamellar structure that is vertically aligned by placing a block copolymer on a substrate (unevenness) having a characteristic surface roughness or more and performing heat treatment.

また、特許文献5には、親水性ポリマーと疎水性ポリマーとからなるブロック共重合体を用いることで垂直配向するシリンダー構造を製造する方法が開示されている。   Patent Document 5 discloses a method for producing a vertically oriented cylinder structure by using a block copolymer composed of a hydrophilic polymer and a hydrophobic polymer.

また、非特許文献5には、直流電流を印加することにより垂直配向するシリンダー構造を製造する方法が開示されている。
特開2005−239863号公報(2005年9月8日公開) 特開2006−299106号公報(2006年11月2日公開) 特開2005−060583号公報(2005年3月10日公開) 特開2004−099667号公報(2004年4月2日公開) 特開2004−124088号公報(2004年4月22日公開) Three-Dimensionally Packed Nanohelical Phase in Chiral Block Copolymers, Rong-Ming Ho, Yeo-Wan Chiang, Chi-Chun Tsai, Chu-Chieh Lin, Bao-Tsan Ko, and Bor-Han Huang, J.Am.Chem.Soc.,126,2704(2004) Helical Superstructures from Charged Poly(stylene)-Poly(isocyanodipeptide) Block Copolymers, Jerone J.L.M.Cornrlissen, Matthias Fischer, Nico A.J.M.Sommerdijk, Roeland J.M.Nolte, Science, 280, 1427(2007) Udo Kreppe, et al. Macromolecules 1995,28,4558 “Cylindrical morphologies in asymmetric ABC triblock copolymers”, Ulrike Breiner, Udo Krappe, Volker Abetz, and Reimund Stadler, Macromol. Chem. Phys.198,1051-1083(1997) Ultrahigh-Density Nanowire Arrays Grown in Self-Assembled Diblock Copolymer Templates, T.Thurn-Albrecht, J.Schotter, G.A.Kaestle, N.Emley, T.Shibauchi, L.Krusin-Elbaum, K.Guarini, C.T.Black, M.T.Tuominen, and T.P.Russell, Science Dec 15 2000:2126-2129
Non-Patent Document 5 discloses a method for manufacturing a vertically aligned cylinder structure by applying a direct current.
JP 2005-239863 A (published September 8, 2005) JP 2006-299106 A (published on November 2, 2006) JP 2005-060583 A (published March 10, 2005) JP 2004-099667 A (published April 2, 2004) JP 2004-124088 (released on April 22, 2004) Three-Dimensionally Packed Nanohelical Phase in Chiral Block Copolymers, Rong-Ming Ho, Yeo-Wan Chiang, Chi-Chun Tsai, Chu-Chieh Lin, Bao-Tsan Ko, and Bor-Han Huang, J. Am. Chem. Soc. , 126,2704 (2004) Helical Superstructures from Charged Poly (stylene) -Poly (isocyanodipeptide) Block Copolymers, Jerone JLMCornrlissen, Matthias Fischer, Nico AJMSommerdijk, Roeland JMNolte, Science, 280, 1427 (2007) Udo Kreppe, et al. Macromolecules 1995,28,4558 “Cylindrical morphologies in asymmetric ABC triblock copolymers”, Ulrike Breiner, Udo Krappe, Volker Abetz, and Reimund Stadler, Macromol. Chem. Phys. 198,1051-1083 (1997) Ultrahigh-Density Nanowire Arrays Grown in Self-Assembled Diblock Copolymer Templates, T.Thurn-Albrecht, J.Schotter, GAKaestle, N.Emley, T.Shibauchi, L.Krusin-Elbaum, K.Guarini, CTBlack, MTTuominen, and TPRussell , Science Dec 15 2000: 2126-2129

従来ナノらせん構造を形成するとされている高分子材料としては、光学活性を有する有機又は無機材料が用いられてきた。しかし、光学活性を有する材料を実際に工業的に用いるのは現実的ではない。そのため、光学活性を有する材料を用いずに、汎用材料を用いてナノらせん構造を形成する方法が求められている。   Conventionally, organic or inorganic materials having optical activity have been used as polymer materials that are supposed to form nano-helical structures. However, it is not practical to actually use an optically active material industrially. Therefore, there is a demand for a method for forming a nano-helical structure using a general-purpose material without using an optically active material.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学活性を有する材料を用いずに、汎用材料を用いてナノらせん構造を有するナノ構造材料を製造する方法およびかかるナノらせん構造を有するナノ構造材料を実現することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to produce a nanostructure material having a nanohelical structure using a general-purpose material without using a material having optical activity, and the method. The object is to realize a nanostructured material having a nanohelical structure.

また、従来、垂直配向するブロック共重合体としては、2成分系のブロック共重合体が用いられており、発現する構造はラメラ構造又はシリンダー構造に限られていた。ナノらせん構造を垂直配向させたナノ構造材料を得ることができれば、垂直に配向するシリンダー構造やラメラ構造を有するブロック共重合体膜の応用が期待される磁気記録媒体、太陽電池、発光素子、精密フィルター等広範な分野や、さらに新たな分野に応用の可能性が広がる。   Conventionally, a two-component block copolymer has been used as the vertically oriented block copolymer, and the manifestation structure has been limited to a lamellar structure or a cylinder structure. If nanostructured materials with vertically aligned nano-helical structures can be obtained, magnetic recording media, solar cells, light-emitting devices, precision devices that can be expected to be applied to block copolymer films with vertically aligned cylinder structures and lamellar structures The possibility of application to a wide range of fields such as filters and new fields will expand.

本発明は、上記の観点に鑑みてなされたものであり、本発明の他の目的は、垂直配向するナノらせん構造を形成する膜状のナノ構造材料を製造する方法およびかかるナノ構造材料を実現することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned viewpoints, and another object of the present invention is to realize a method for producing a film-like nanostructured material that forms a vertically oriented nanohelical structure and the nanostructured material. There is to do.

本発明に係るナノ構造材料の製造方法は、上記課題を解決するために、第1のポリマーブロックAと、該ポリマーブロックAと共有結合している第2のポリマーブロックBと、該ポリマーブロックBと共有結合している第3のポリマーブロックCとからなるABC−トリブロック共重合体を含み、ミクロ相分離したナノ構造材料であって、ポリマーブロックCからなる相をマトリックスとして、ポリマーブロックAからなる相が、シリンダー構造を有しており、ポリマーブロックBからなる相が、当該シリンダー構造をコアとして、その周囲にまきついているらせん構造を有しているナノ構造材料の製造方法であって、
当該ABC−トリブロック共重合体におけるポリマーブロックAの重量分率が17%以上26%未満であり、ポリマーブロックBの重量分率が4%以上12%未満であり、ポリマーブロックCの重量分率が63%以上79%未満であるとともに、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAB、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχBC、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAC、としたときに、χBC>χAB>χACを満たすABC−トリブロック共重合体を溶媒に溶解する工程と、得られたABC−トリブロック共重合体の溶液を用いて上記ブロック共重合体を含む膜を形成する膜形成工程と、上記膜から溶媒を除去してミクロ相分離構造を発現させる工程とを含むことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the method for producing a nanostructure material according to the present invention includes a first polymer block A, a second polymer block B covalently bonded to the polymer block A, and the polymer block B. A nano-structured material comprising an ABC-triblock copolymer consisting of a third polymer block C covalently bonded to the polymer block C, wherein the phase consisting of the polymer block C is used as a matrix. A phase comprising a cylinder structure, and a phase comprising a polymer block B is a method for producing a nanostructured material having a helical structure around the cylinder structure as a core,
The weight fraction of polymer block A in the ABC-triblock copolymer is 17% or more and less than 26%, the weight fraction of polymer block B is 4% or more and less than 12%, and the weight fraction of polymer block C Is 63% or more and less than 79%, the interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block A and the repeating monomer constituting the polymer block B is χ AB , the repeating monomer constituting the polymer block B, and the polymer block When the interaction parameter with the repeating monomer constituting C is χ BC , and the interaction parameter between the repeating monomer constituting polymer block A and the repeating monomer constituting polymer block C is χ AC , χ BC > satisfy χ AB> χ AC ABC- triblock copolymer , A film forming step of forming a film containing the block copolymer using the obtained solution of ABC-triblock copolymer, and microphase separation by removing the solvent from the film And a step of expressing the structure.

上記の構成によれば、規則性の非常に高いナノメートルオーダーのらせん構造を有するナノ構造材料を、汎用物質を用いて、簡便に製造することができる。また、上記の構成によれば、膜表面に対して垂直方向に配向したらせん構造を有するナノ構造材料を、電場印加や温度勾配の付与、又はゾーン加熱などの操作を要さず、極めて簡単且つ低コストに製造することができる。   According to said structure, the nanostructure material which has a very high regularity nanometer order helical structure can be simply manufactured using a general purpose substance. Further, according to the above configuration, the nanostructured material having a helical structure oriented in the direction perpendicular to the film surface can be obtained very easily and without any operation such as application of an electric field, application of a temperature gradient, or zone heating. It can be manufactured at a low cost.

本発明に係るナノ構造材料は、上記課題を解決するために、第1のポリマーブロックAと、該ポリマーブロックAと共有結合している第2のポリマーブロックBと、該ポリマーブロックBと共有結合している第3のポリマーブロックCとからなるABC−トリブロック共重合体を含む、ミクロ相分離したナノ構造材料であって、該ナノ構造材料は膜の形状を有し、ABC−トリブロック共重合体におけるポリマーブロックAの重量分率が17%以上26%未満であり、ポリマーブロックBの重量分率が4%以上12%未満であり、ポリマーブロックCの重量分率が63%以上79%未満であるとともに、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAB、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχBC、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAC、としたときに、χBC>χAB>χACを満たし、ポリマーブロックCからなる相をマトリックスとして、ポリマーブロックAからなる相が、シリンダー構造を有しており、ポリマーブロックBからなる相が、当該シリンダー構造をコアとして、その周囲にまきついているらせん構造を有していることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the nanostructure material according to the present invention includes a first polymer block A, a second polymer block B covalently bonded to the polymer block A, and a covalent bond to the polymer block B. A nanophase-separated nanostructured material comprising an ABC-triblock copolymer consisting of a third polymer block C, wherein the nanostructured material has the shape of a membrane, and the ABC-triblock copolymer The weight fraction of polymer block A in the polymer is 17% or more and less than 26%, the weight fraction of polymer block B is 4% or more and less than 12%, and the weight fraction of polymer block C is 63% or more and 79%. And the interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block A and the repeating monomer constituting the polymer block B is χ AB , The interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block B and the repeating monomer constituting the polymer block C is χ BC , and the interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block A and the repeating monomer constituting the polymer block C Χ AC , where χ BC > χ AB > χ AC is satisfied, the phase composed of the polymer block C is used as a matrix, the phase composed of the polymer block A has a cylinder structure, and the polymer block B The phase is characterized by having a spiral structure with the cylinder structure as a core and around it.

上記の構成によれば、規則性の非常に高いナノメートルオーダーのらせん構造を有するナノ構造材料を、汎用物質を用いて、簡便に製造することができる。また、上記の構成によれば、膜表面に対して垂直方向に配向したらせん構造を有するナノ構造材料を、電場印加や温度勾配の付与、又はゾーン加熱などの操作を要さず、極めて簡単且つ低コストに製造することができる。   According to said structure, the nanostructure material which has a very high regularity nanometer order helical structure can be simply manufactured using a general purpose substance. Further, according to the above configuration, the nanostructured material having a helical structure oriented in the direction perpendicular to the film surface can be obtained very easily and without any operation such as application of an electric field, application of a temperature gradient, or zone heating. It can be manufactured at a low cost.

本発明に係るナノ構造材料では、上記ポリマーブロックAからなるシリンダー構造は、上記膜の一方の表面から反対側の表面に向かって貫通しており、膜表面の一部を構成するシリンダー構造の端部を含むシリンダー構造の少なくとも一部が膜表面に対して垂直に配向しているとともに、垂直に配向している部分の配向角度の乱れの絶対値が45°未満であることが好ましい。   In the nanostructured material according to the present invention, the cylinder structure composed of the polymer block A penetrates from one surface of the membrane toward the opposite surface, and the end of the cylinder structure constituting a part of the membrane surface. It is preferable that at least a part of the cylinder structure including the portion is oriented perpendicular to the film surface, and the absolute value of the disorder of the orientation angle of the vertically oriented portion is less than 45 °.

上記構成により、シリンダー構造及び/又はらせん構造を溶解して、空洞化したポーラス構造とした場合、膜を貫通するポーラス構造を得ることができ、当該膜を高機能膜、電解質膜等として用いることが可能となる。   With the above configuration, when the cylindrical structure and / or helical structure is dissolved to form a hollow porous structure, a porous structure penetrating the film can be obtained, and the film can be used as a high-functional film, an electrolyte film, or the like. Is possible.

本発明に係るナノ構造材料は、1000nm未満の膜厚を有することが好ましい。   The nanostructured material according to the present invention preferably has a film thickness of less than 1000 nm.

上記ナノ構造材料は、1000nm未満の膜厚を有することにより、かかる膜は、高機能膜、電解質膜等の多様な用途に用いることができる。   Since the nanostructured material has a film thickness of less than 1000 nm, the film can be used for various applications such as a high-functional film and an electrolyte film.

本発明に係るナノ構造材料では、上記シリンダー構造は、上記膜の一方の表面から反対側の表面までの全体にわたって膜表面に対して垂直に配向しているとともに、垂直に配向している部分の配向角度の乱れの絶対値が45°未満であることが好ましい。   In the nanostructured material according to the present invention, the cylinder structure is oriented perpendicularly to the film surface throughout the entire surface from one surface of the film to the opposite surface, and the vertically oriented portion The absolute value of the disorder of the orientation angle is preferably less than 45 °.

上記構成により、シリンダー構造及び/又はらせん構造を溶解して、空洞化したポーラス構造とした場合、膜を貫通するポーラス構造を得ることができ、当該膜を高機能膜、電解質膜等として用いることが可能となる。また、かかるナノ構造材料はナノスタンプやナノらせんを製造するための材料として用いることができる。   With the above configuration, when the cylindrical structure and / or helical structure is dissolved to form a hollow porous structure, a porous structure penetrating the film can be obtained, and the film can be used as a high-functional film, an electrolyte film, or the like. Is possible. Further, such a nanostructured material can be used as a material for producing a nanostamp or nanohelix.

本発明に係るナノ構造材料は、1μm以上1000μm以下の膜厚を有することが好ましい。   The nanostructured material according to the present invention preferably has a film thickness of 1 μm or more and 1000 μm or less.

上記ナノ構造材料が1μm以上1000μm以下の膜厚を有することにより、かかる膜は、燃料電池の電解質膜、超高周波領域の電磁波吸収材料等の多様な用途に用いることができる。   When the nanostructured material has a film thickness of 1 μm or more and 1000 μm or less, such a film can be used for various applications such as an electrolyte film of a fuel cell and an electromagnetic wave absorbing material in an ultrahigh frequency region.

本発明に係るナノ構造材料では、上記らせん構造は、二重らせん構造であることが好ましい。   In the nanostructured material according to the present invention, the helical structure is preferably a double helical structure.

上記らせん構造は、二重らせん構造であることにより、ABC−トリブロックポリマーにおけるポリマーブロックBの重量分率のみが異なる2種類のABC−トリブロックポリマーを混合して、溶媒に溶解し、膜形成することにより、2重らせんを形成するポリマーブロックBからなる相の直径が、2重らせんの各らせんで異なるナノ構造材料を製造することができる。かかるナノ構造材料を用いて、後述する方法により作成したナノポーラス材料は、例えばバイモダルな孔を有する分離膜として用いることができる。   The above helical structure is a double helical structure, so that two types of ABC-triblock polymers differing only in the weight fraction of the polymer block B in the ABC-triblock polymer are mixed and dissolved in a solvent to form a film. By doing so, it is possible to manufacture nanostructured materials in which the diameter of the phase composed of the polymer block B forming the double helix is different for each helix of the double helix. A nanoporous material prepared by a method described later using such a nanostructured material can be used as a separation membrane having bimodal pores, for example.

本発明に係るナノ構造材料では、ポリマーブロックA、ポリマーブロックB、及び、ポリマーブロックCはアキラルであることが好ましい。   In the nanostructured material according to the present invention, the polymer block A, the polymer block B, and the polymer block C are preferably achiral.

上記ポリマーブロックA、ポリマーブロックB、及び、ポリマーブロックCはアキラルであることにより、汎用高分子材料を用いて、上記ナノ構造材料を製造することができる。   Since the polymer block A, the polymer block B, and the polymer block C are achiral, the nanostructured material can be manufactured using a general-purpose polymer material.

本発明に係るナノ構造材料では、上記ABC−トリブロック共重合体の重量平均分子量Mwは10,000以上1,000,000以下であることが好ましい。   In the nanostructured material according to the present invention, the ABC-triblock copolymer preferably has a weight average molecular weight Mw of 10,000 or more and 1,000,000 or less.

上記ABC−トリブロック共重合体の重量平均分子量Mwが上記範囲内であることにより、ナノメートルオーダーのサイズのらせん構造を有するナノ構造材料を製造することができるため好ましい。   When the weight average molecular weight Mw of the ABC-triblock copolymer is within the above range, a nanostructure material having a helical structure with a nanometer order size can be produced, which is preferable.

本発明に係るナノ構造材料では、上記シリンダー構造は、六方格子に配列していることが好ましい。
In the nanostructured material according to the present invention, the cylinder structure is preferably arranged in a hexagonal lattice shape .

上記シリンダー構造が六方格子に配列していることにより、上記ナノ構造材料を超高周波領域の電磁波吸収材料、センサー、アンテナ、高機能分離膜や電解質膜等の高性能膜、偏光板保護フィルム(垂直配向)等に好適に用いることができる。
By the cylinder structure are arranged in a hexagonal lattice, the electromagnetic wave absorbing material of the nanostructured material ultra high frequency range, the sensor, the antenna, high-performance separation membrane and the electrolyte membrane or the like high film, polarizing plate protective film ( (Vertical alignment) and the like.

本発明に係るナノ構造材料では、上記シリンダー構造の中心間の距離は、10nm以上300nm以下であることが好ましい。   In the nanostructured material according to the present invention, the distance between the centers of the cylinder structures is preferably 10 nm or more and 300 nm or less.

上記シリンダー構造の中心間の距離は、10nm以上300nm以下であることにより、上記ナノ構造材料を超高周波領域の電磁波吸収材料、センサ、アンテナ、高機能分離膜等に好適に用いることができる。   When the distance between the centers of the cylinder structures is 10 nm or more and 300 nm or less, the nanostructure material can be suitably used for an electromagnetic wave absorbing material, a sensor, an antenna, a high-performance separation film, or the like in an ultrahigh frequency region.

本発明に係るナノ構造材料では、上記らせん構造の外径は、5nm以上150nm以下であることが好ましい。   In the nanostructured material according to the present invention, the outer diameter of the helical structure is preferably 5 nm or more and 150 nm or less.

上記らせん構造の外径は、5nm以上150nm以下であることにより、上記ナノ構造材料を超高周波領域の電磁波吸収材料、センサー、アンテナ、高機能分離膜や電解質膜等の高性能膜、偏光板保護フィルム(垂直配向)等に好適に用いることができる。   The outer diameter of the helical structure is 5 nm or more and 150 nm or less, so that the nanostructured material can be used as an electromagnetic wave absorbing material in the ultra-high frequency region, a sensor, an antenna, a high-performance film such as a high-performance separation film or an electrolyte film, and polarizing plate protection. It can be suitably used for a film (vertical alignment) or the like.

本発明に係るナノ構造材料は、さらに基板を含み、当該基板上に、上記膜が形成されていてもよい。   The nanostructured material according to the present invention may further include a substrate, and the film may be formed on the substrate.

本発明に係るナノポーラス材料は、上記ナノ構造材料におけるABC−トリブロック共重合体のポリマーブロックBからなる相が分解又は溶解によって除去されてなるものであることが好ましい。   The nanoporous material according to the present invention is preferably one in which the phase composed of the polymer block B of the ABC-triblock copolymer in the nanostructure material is removed by decomposition or dissolution.

上記構成により、係るナノポーラス材料は、ナノメートルオーダーのらせん構造が膜表面に略垂直に配向しているため、超高周波領域の電磁波吸収材料、センサー、アンテナ、高機能分離膜や電解質膜等の高性能膜、偏光板保護フィルム(垂直配向)等に好適に用いることができる。   Due to the above configuration, the nanoporous material has a nanometer-order helical structure oriented substantially perpendicular to the film surface, so that it can be used for high-frequency electromagnetic wave absorbing materials, sensors, antennas, highly functional separation membranes, electrolyte membranes, etc. It can be suitably used for a performance film, a polarizing plate protective film (vertical alignment) and the like.

本発明に係るナノスタンプは、上記ナノポーラス材料に金属、半導体、無機化合物を充填した後、ABC−トリブロック共重合体のポリマーブロックAからなる相及びポリマーブロックCからなる相を分解又は溶解することによって得られることが好ましい。   In the nanostamp according to the present invention, the nanoporous material is filled with a metal, a semiconductor, or an inorganic compound, and then the phase composed of the polymer block A and the phase composed of the polymer block C of the ABC-triblock copolymer are decomposed or dissolved. Is preferably obtained by

上記構成により、係るナノスタンプは、ナノメートルオーダーのらせん構造を有する金属、半導体、無機化合物が膜表面に略垂直に配向しているため、超高周波領域の電磁波吸収材料、センサー、アンテナ、高機能分離膜や電解質膜等の高性能膜、偏光板保護フィルム(垂直配向)等に好適に用いることができる。   With the above configuration, the nanostamp has a metal, semiconductor, and inorganic compound having a helical structure in the order of nanometers oriented substantially perpendicular to the film surface. It can be suitably used for high-performance membranes such as separation membranes and electrolyte membranes, polarizing plate protective films (vertical alignment), and the like.

本発明に係るナノらせんは、ナノ構造材料におけるABC−トリブロック共重合体のポリマーブロックAからなる相及びポリマーブロックCからなる相が分解または溶解によって除去されてなることが好ましい。   The nanohelix according to the present invention is preferably obtained by removing the phase composed of the polymer block A and the phase composed of the polymer block C of the ABC-triblock copolymer in the nanostructured material by decomposition or dissolution.

上記構成により、係るナノらせんは、ナノメートルオーダーのらせん構造が膜表面に略垂直に配向しているため、超高周波領域の電磁波吸収材料、センサー、アンテナ、高機能分離膜や電解質膜等の高性能膜、偏光板保護フィルム(垂直配向)等に好適に用いることができる。   With the above configuration, the nano-helix has a nanometer-order helical structure oriented substantially perpendicular to the film surface. It can be suitably used for a performance film, a polarizing plate protective film (vertical alignment) and the like.

本発明に係るナノ構造材料の製造方法では、上記ポリマーブロックAの重量分率を変化させることにより、上記らせん構造の外径及びピッチを変化させることが好ましい。   In the method for producing a nanostructure material according to the present invention, it is preferable to change the outer diameter and pitch of the helical structure by changing the weight fraction of the polymer block A.

上記構成により、所望の形状を有するらせん構造を有するナノ構造材料を製造することができる。   With the above configuration, a nanostructure material having a helical structure having a desired shape can be manufactured.

本発明に係るナノ構造材料の製造方法では、上記ポリマーブロックBの重量分率を変化させることにより、上記らせん構造の線径を変化させることが好ましい。   In the method for producing a nanostructure material according to the present invention, it is preferable to change the diameter of the helical structure by changing the weight fraction of the polymer block B.

上記構成により、所望の形状を有するらせん構造を有するナノ構造材料を製造することができる。   With the above configuration, a nanostructure material having a helical structure having a desired shape can be manufactured.

本発明に係るナノ構造材料の製造方法は、以上のように、当該ABC−トリブロック共重合体におけるポリマーブロックAの重量分率が17%以上26%未満であり、ポリマーブロックBの重量分率が4%以上12%未満であり、ポリマーブロックCの重量分率が63%以上79%未満であるとともに、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAB、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχBC、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAC、としたときに、χBC>χAB>χACを満たすABC−トリブロック共重合体を溶媒に溶解する工程と、得られたABC−トリブロック共重合体の溶液を用いて上記ブロック共重合体を含む膜を形成する膜形成工程と、上記膜から溶媒を除去してミクロ相分離構造を発現させる工程とを含む構成を備えているので、規則性の非常に高いナノメートルオーダーのらせん構造を有するナノ構造材料を、汎用物質を用いて、簡便に製造することができる。また、上記の構成によれば、膜表面に対して垂直方向に配向したらせん構造を有するナノ構造材料を、電場印加や温度勾配の付与、又はゾーン加熱などの操作を要さず、極めて簡単且つ低コストに製造することができる。 As described above, in the method for producing a nanostructure material according to the present invention, the weight fraction of the polymer block A in the ABC-triblock copolymer is 17% or more and less than 26%, and the weight fraction of the polymer block B. Is 4% or more and less than 12%, and the weight fraction of the polymer block C is 63% or more and less than 79%, and the interaction between the repeating monomer constituting the polymer block A and the repeating monomer constituting the polymer block B The parameter is χ AB , the interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block B and the repeating monomer constituting the polymer block C is χ BC , the repeating monomer constituting the polymer block A, and the repeating monomer constituting the polymer block C When the interaction parameter with χ AC is χ BC A step of dissolving an ABC-triblock copolymer satisfying> χ AB > χ AC in a solvent, and forming a film containing the block copolymer using a solution of the obtained ABC-triblock copolymer Since it has a structure that includes a formation process and a process of removing the solvent from the membrane to develop a microphase-separated structure, a nanostructured material with a highly regular helical structure on the order of nanometers It can be easily produced using a substance. Further, according to the above configuration, the nanostructured material having a helical structure oriented in the direction perpendicular to the film surface can be obtained very easily and without any operation such as application of an electric field, application of a temperature gradient, or zone heating. It can be manufactured at a low cost.

本発明に係るナノ構造材料は、以上のように、上記課題を解決するために、該ナノ構造材料は膜の形状を有し、ABC−トリブロック共重合体におけるポリマーブロックAの重量分率が17%以上26%未満であり、ポリマーブロックBの重量分率が4%以上12%未満であり、ポリマーブロックCの重量分率が63%以上79%未満であるとともに、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAB、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχBC、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAC、としたときに、χBC>χAB>χACを満たす構成を備えているので、規則性の非常に高いナノメートルオーダーのらせん構造を有するナノ構造材料を、汎用物質を用いて、簡便に製造することができる。また、上記の構成によれば、膜表面に対して垂直方向に配向したらせん構造を有するナノ構造材料を、電場印加や温度勾配の付与、又はゾーン加熱などの操作を要さず、極めて簡単且つ低コストに製造することができる。 As described above, the nanostructure material according to the present invention has a film shape in order to solve the above-described problems, and the weight fraction of the polymer block A in the ABC-triblock copolymer is as follows. 17% or more and less than 26%, the weight fraction of the polymer block B is 4% or more and less than 12%, the weight fraction of the polymer block C is 63% or more and less than 79%, and constitutes the polymer block A The interaction parameter between the repeating monomer and the repeating monomer constituting the polymer block B is χ AB , and the interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block B and the repeating monomer constituting the polymer block C is χ BC , the polymer block A reciprocal monomer constituting A and a repetitive monomer constituting polymer block C The use parameter when chi AC, and is provided with the structure satisfying χ BC> χ AB> χ AC , the nanostructured material with a very high helical structure of nanometer order regularity, the general-purpose material And can be easily manufactured. Further, according to the above configuration, the nanostructured material having a helical structure oriented in the direction perpendicular to the film surface can be obtained very easily and without any operation such as application of an electric field, application of a temperature gradient, or zone heating. It can be manufactured at a low cost.

また、ナノスケールのコイル(ナノコイル)の作成が可能となる。ナノコイルの利用例としては、高周波領域における電磁波吸収材料を挙げることができる。   In addition, a nanoscale coil (nanocoil) can be created. Examples of the use of the nanocoil include an electromagnetic wave absorbing material in a high frequency region.

本発明について、以下に(I)ナノ構造材料、(II)ナノ構造材料の製造方法、(III)ナノ構造材料の利用の順に説明する。   The present invention will be described below in the order of (I) nanostructured material, (II) method for producing nanostructured material, and (III) use of nanostructured material.

(I)ナノ構造材料
本発明にかかるナノ構造材料は、第1のポリマーブロックAと、該ポリマーブロックAと共有結合している第2のポリマーブロックBと、該ポリマーブロックBと共有結合している第3のポリマーブロックCとからなるABC−トリブロック共重合体を含む、ミクロ相分離したナノ構造材料であって、該ナノ構造材料は膜の形状を有し、ABC−トリブロック共重合体におけるポリマーブロックAの重量分率が17%以上26%未満であり、ポリマーブロックBの重量分率が4%以上12%未満であり、ポリマーブロックCの重量分率が63%以上79%未満であるとともに、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAB、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχBC、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAC、としたときに、χBC>χAB>χACを満たし、ポリマーブロックCからなる相をマトリックスとして、ポリマーブロックAからなる相が、シリンダー構造を有しており、ポリマーブロックBからなる相が、当該シリンダー構造をコアとして、その周囲にまきついているらせん構造を有している。
(I) Nanostructured material The nanostructured material according to the present invention includes a first polymer block A, a second polymer block B covalently bonded to the polymer block A, and a covalent bond to the polymer block B. A microphase-separated nanostructured material comprising an ABC-triblock copolymer consisting of a third polymer block C, wherein the nanostructured material has a membrane shape, and the ABC-triblock copolymer The polymer block A has a weight fraction of 17% or more and less than 26%, the polymer block B has a weight fraction of 4% or more and less than 12%, and the polymer block C has a weight fraction of 63% or more and less than 79%. with some, and repeating monomer constituting the polymer block a, the interaction parameter chi AB between the repeating monomer constituting the polymer block B, poly Repeating monomers constituting the over block B, and interaction parameter chi BC and repeating monomer constituting the polymer block C, a repeating monomer constituting the polymer block A, the interaction parameters between repeating monomer constituting the polymer block C when chi AC, and satisfies χ BC> χ AB> χ AC , a phase consisting of polymer block C as the matrix phase is composed of a polymer block a, has a cylindrical structure, consisting of a polymer block B The phase has a spiral structure around the cylinder structure as a core and is wound around it.

(I−1)ABC−トリブロック共重合体
本発明にかかるナノ構造材料は、第1のポリマーブロックAと、該ポリマーブロックAと共有結合している第2のポリマーブロックBと、該ポリマーブロックBと共有結合している第3のポリマーブロックCとからなるABC−トリブロック共重合体を含む、ミクロ相分離したナノ構造材料である。
(I-1) ABC-triblock copolymer The nanostructured material according to the present invention includes a first polymer block A, a second polymer block B covalently bonded to the polymer block A, and the polymer block. A nanophase-separated nanostructured material comprising an ABC-triblock copolymer consisting of a third polymer block C covalently bonded to B.

本発明のナノ構造材料においては、上記ABC−トリブロック共重合体として、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAB、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχBC、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAC、としたときに、χBC>χAB>χACを満たすような繰り返しモノマーを選択し、且つ、ポリマーブロックAと、ポリマーブロックBと、ポリマーブロックCとの重量分率を所定の範囲とする。かかるABC−トリブロック共重合体を用いることにより、ポリマーブロックBからなる相がらせん構造を形成するようにミクロ相分離したナノ構造材料を得ることができる。 In the nanostructured material of the present invention, as the ABC-triblock copolymer, the interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block A and the repeating monomer constituting the polymer block B is χ AB , and the polymer block B is The interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block C and the repeating monomer constituting the polymer block C is χ BC , and the interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block A and the repeating monomer constituting the polymer block C is χ AC , The repeating monomer satisfying χ BC > χ AB > χ AC is selected, and the weight fraction of the polymer block A, the polymer block B, and the polymer block C is set to a predetermined range. By using such an ABC-triblock copolymer, it is possible to obtain a nanostructured material that is microphase-separated so that the phase composed of the polymer block B forms a helical structure.

ここで、ABC−トリブロック共重合体とは、第1のポリマーブロックAと、該ポリマーブロックAと共有結合している第2のポリマーブロックBと、該ポリマーブロックBと共有結合している第3のポリマーブロックCとからなる線状のブロック共重合体である。ここで各ポリマーブロックA、BおよびCは、それぞれ異なる繰り返しモノマーで構成されている。換言すれば、ABC−トリブロック共重合体とは、繰り返しモノマーから構成されるポリマーブロックAと、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーとは異なる繰り返しモノマーから構成されるポリマーブロックBと、ポリマーブロックAやBを構成する繰り返しモノマーとは異なる繰り返しモノマーから構成されるポリマーブロックCとの3種類の高分子鎖が結合した線状のブロック共重合体である。   Here, the ABC-triblock copolymer is a first polymer block A, a second polymer block B covalently bonded to the polymer block A, and a second polymer block B covalently bonded to the polymer block B. 3 is a linear block copolymer composed of 3 polymer blocks C. Here, each of the polymer blocks A, B, and C is composed of different repeating monomers. In other words, the ABC-triblock copolymer is a polymer block A composed of repeating monomers, a polymer block B composed of repeating monomers different from the repeating monomers constituting the polymer block A, and a polymer block A. It is a linear block copolymer in which three types of polymer chains are combined with a polymer block C composed of a repetitive monomer different from the recurring monomer constituting B and B.

上記ABC−トリブロック共重合体では、上述したようなポリマーブロックAの重量分率は17%以上26%未満であり、ポリマーブロックBの重量分率は4%以上12%未満であり、ポリマーブロックCの重量分率は63%以上79%未満の範囲であることが好ましい。ポリマーブロックAと、ポリマーブロックBと、ポリマーブロックCとの重量分率を上記範囲とすることにより、ポリマーブロックBからなる相がらせん構造を形成するようにミクロ相分離したナノ構造材料を得ることができる。   In the ABC-triblock copolymer, the polymer block A has a weight fraction of 17% or more and less than 26%, and the polymer block B has a weight fraction of 4% or more and less than 12%. The weight fraction of C is preferably in the range of 63% or more and less than 79%. By obtaining a weight fraction of the polymer block A, the polymer block B, and the polymer block C within the above range, a nanostructured material that is microphase-separated so as to form a helical structure of the phase composed of the polymer block B is obtained. Can do.

ポリマーブロックAと、ポリマーブロックBと、ポリマーブロックCとの重量分率を上記範囲とすることにより、ポリマーブロックBからなる相がらせん構造を形成するようにミクロ相分離したナノ構造材料を得ることができる理由としては例えば以下の理由が考えられる。すなわち、重量分率が最も小さいポリマーブロックBからなる相が、次に重量分率が小さいポリマーブロックAからなる相のシリンダー構造の周囲に巻き付くらせん構造を形成することで、極端に伸びたり、縮んだりする分子鎖が最も少なくエネルギー的に最も安定であると考えられる。   By obtaining a weight fraction of the polymer block A, the polymer block B, and the polymer block C within the above range, a nanostructured material that is microphase-separated so as to form a helical structure of the phase composed of the polymer block B is obtained. For example, the following reasons can be considered. That is, the phase consisting of the polymer block B having the smallest weight fraction is extremely stretched by forming a wound spiral structure around the cylinder structure of the phase consisting of the polymer block A having the next smallest weight fraction, It is thought that the molecular chain that shrinks is the smallest and the most stable in terms of energy.

また、上記ポリマーブロックAの重量分率は17%以上26%未満であることが好ましいが、18%以上25%以下であることがより好ましく、19%以上24%以下であることがさらに好ましい。上記ポリマーブロックBの重量分率は4%以上12%未満であることが好ましいが、5%以上11%以下であることがより好ましく、6%以上10%以下であることがさらに好ましい。ポリマーブロックCの重量分率は63%以上79%未満の範囲であることが好ましいが、64%以上78%以下であることがより好ましく、65%以上77%以下であることがさらに好ましい。   The weight fraction of the polymer block A is preferably from 17% to less than 26%, more preferably from 18% to 25%, and further preferably from 19% to 24%. The weight fraction of the polymer block B is preferably 4% or more and less than 12%, more preferably 5% or more and 11% or less, and further preferably 6% or more and 10% or less. The weight fraction of the polymer block C is preferably in the range from 63% to less than 79%, more preferably from 64% to 78%, and even more preferably from 65% to 77%.

また、上記ABC−トリブロック共重合体では、ポリマーブロックA、ポリマーブロックB、及び、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマー相互間の相互作用パラメータは、χBC>χAB>χACを満たすものである。これにより、ポリマーブロックBからなる相がらせん構造を形成するようにミクロ相分離したナノ構造材料を得ることができる。 In the ABC-triblock copolymer, the interaction parameter between the repeating monomers constituting the polymer block A, the polymer block B, and the polymer block C satisfies χ BC > χ AB > χ AC. is there. Thereby, a nanostructured material that is microphase-separated so that the phase composed of the polymer block B forms a helical structure can be obtained.

ここで、相互作用パラメータχとは、Flory−Hugginsの相互パラメータのことをいい、例えばポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータχABについては下式(1)によって得られる値をいう。
χAB=(v/RT)(δ−δ ・・・(1)
式(1)中、vはモル体積を示し、Rは気体定数を示し、Tは絶対温度を示し、δはHildebrandの相溶性パラメータを示す。
Here, the interaction parameter χ refers to the interaction parameter of Flory-Huggins. For example, the interaction parameter χ AB between the repeating monomer constituting the polymer block A and the repeating monomer constituting the polymer block B is as follows. The value obtained by equation (1).
χ AB = (v / RT) (δ A −δ B ) 2 (1)
In the formula (1), v represents a molar volume, R represents a gas constant, T represents an absolute temperature, and δ represents a Hildebrand compatibility parameter.

また、モル体積vは、下式(2)によって得られる値である。
v={(ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーの分子量/ポリマーブロックAの密度)+(ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーの分子量/ポリマーブロックBの密度)}/2 ・・・(2)
また、本発明において、相互作用パラメータχを算出するために用いられるHildebrandの相溶性パラメータ(Solubility parameter)δとしては、PolymerHandbook(Brandrup, J and Immergut, E. H. “Polymer Handbook”, 3. Ed., Wiley, New York 1989) に記載の値を用いるものとする。
The molar volume v is a value obtained by the following formula (2).
v = {(molecular weight of repeating monomer constituting polymer block A / density of polymer block A) + (molecular weight of repeating monomer constituting polymer block B / density of polymer block B)} / 2 (2)
In the present invention, the Hildebrand compatibility parameter δ used to calculate the interaction parameter χ is Polymer Handbook (Brandrup, J and Immergut, EH “Polymer Handbook”, 3. Ed., Wiley). , New York 1989).

なお、Hildebrandの相溶性パラメータ(Solubility parameter)δとは、Hildebrand-Scatchardの溶液理論において分子間の引き合う力を考え次式で定義されるものである。
δ=(ΔE/V)1/2
ここで、ΔEは蒸発エネルギー、Vは分子容、ΔE/Vは凝集エネルギー密度を示す。また、
ΔE=ΔH−PdV
より1モルでは
ΔE=ΔH−RT
ここで、ΔHは絶対温度Tにおけるモル蒸発熱、Pは圧力、Rは気体定数を示す。従って以下の関係が導かれる。
δ=(ΔH−RT/V1/2
また、ここで、χBC、χAB及びχACの関係は、χBC>χAB>χACであればよいが、χBC/χABに比べると、χBC/χAC及びχAB/χACは大きい。また、χBC、χAB及びχACは、0<(χBC/χAB)<3、8<(χBC/χAC)<12、及び、4<(χAB/χAC)<8の関係にあることがより好ましい。
The Hildebrand compatibility parameter δ is defined by the following equation considering the attractive force between molecules in the Hildebrand-Scatchard solution theory.
δ = (ΔE V / V 1 ) 1/2
Here, ΔE V represents evaporation energy, V 1 represents molecular volume, and ΔE V / V 1 represents cohesive energy density. Also,
ΔE V = ΔH V -PdV
At 1 mole, ΔE V = ΔH V -RT
Wherein the molar heat of evaporation at an absolute temperature T is [Delta] H V, P is the pressure, R represents shows the gas constant. Therefore, the following relationship is derived.
δ = (ΔH V −RT / V 1 ) 1/2
Here, the relationship between χ BC , χ AB, and χ AC may be χ BC > χ AB > χ AC , but compared to χ BC / χ AB , χ BC / χ AC and χ AB / χ AC is big. Also, χ BC , χ AB and χ AC are 0 <(χ BC / χ AB ) <3, 8 <(χ BC / χ AC ) <12 and 4 <(χ AB / χ AC ) <8 It is more preferable that they are in a relationship.

本発明で用いられる上記ABC−トリブロック共重合体は、ポリマーブロックA、ポリマーブロックB、及び、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマー相互間の相互作用パラメータが、χBC>χAB>χACを満たし、且つ、ポリマーブロックAと、ポリマーブロックBと、ポリマーブロックCとの重量分率が上記範囲内にあれば、特に限定されるものではなく、いかなるABC−トリブロック共重合体であってもよい。 In the ABC-triblock copolymer used in the present invention, the interaction parameter between repeating monomers constituting the polymer block A, the polymer block B, and the polymer block C satisfies χ BC > χ AB > χ AC If it is satisfied and the weight fraction of the polymer block A, the polymer block B, and the polymer block C is within the above range, it is not particularly limited, and any ABC-triblock copolymer may be used. Good.

かかるABC−トリブロック共重合体としては、より具体的には例えば、ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン−ポリエチレンブチレン−ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン−ポリ2ビニルピリジン−ポリtert-ブチルメタクリレート、ポリスチレン−ポリフェロセニルシラン−ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン−ポリイソプレン−ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン−ポリエチレンプロピレン−ポリメチルメタクリレート等を挙げることができる。   More specifically, examples of the ABC-triblock copolymer include polystyrene-polybutadiene-polymethyl methacrylate, polystyrene-polyethylene butylene-polymethyl methacrylate, polystyrene-poly-2-vinylpyridine-poly tert-butyl methacrylate, polystyrene- Examples thereof include polyferrocenylsilane-polymethyl methacrylate, polystyrene-polyisoprene-polymethyl methacrylate, and polystyrene-polyethylenepropylene-polymethyl methacrylate.

また、本発明で用いられるポリマーブロックA、ポリマーブロックB、及び、ポリマーブロックCはアキラルであることが好ましい。本発明では、上記従来の2成分系ブロック共重合体と異なり、ポリマーブロックA、ポリマーブロックB、及び、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマー相互間の相互作用パラメータが、χBC>χAB>χACを満たし、且つ、ポリマーブロックAと、ポリマーブロックBと、ポリマーブロックCとの重量分率が上記範囲内にあるABC−トリブロック共重合体を用いることにより、ポリマーブロックBからなる相がらせん構造を有するミクロ相分離構造を発現させるので、キラルな材料を用いる必要がなく、汎用高分子材料を用いてらせん構造を有するナノ構造材料を製造することが可能となる。 The polymer block A, polymer block B, and polymer block C used in the present invention are preferably achiral. In the present invention, unlike the conventional two-component block copolymer, the interaction parameter between repeating monomers constituting the polymer block A, the polymer block B, and the polymer block C is expressed as χ BC > χ AB > χ By using an ABC-triblock copolymer satisfying AC and having a weight fraction of polymer block A, polymer block B, and polymer block C within the above range, a phase composed of polymer block B does not spiral. Since a microphase-separated structure having a structure is expressed, it is not necessary to use a chiral material, and a nanostructure material having a helical structure can be manufactured using a general-purpose polymer material.

上記ABC−トリブロック共重合体の重量平均分子量Mwは特に限定されるものではなく、目的とするナノ構造材料のサイズに応じて選択すればよいが、例えば、重量平均分子量Mwが10,000以上1,000,000以下であることが好ましく、20,000以上750,000以下であることがより好ましく、30,000以上500,000以下であることがさらに好ましい。ABC−トリブロック共重合体の重量平均分子量Mwが上記範囲内であることにより、ナノメートルオーダー〜マイクロメートルオーダーのサイズのらせん構造を有するナノ構造材料を製造することができるため好ましい。   The weight average molecular weight Mw of the ABC-triblock copolymer is not particularly limited and may be selected according to the size of the target nanostructure material. For example, the weight average molecular weight Mw is 10,000 or more. It is preferably 1,000,000 or less, more preferably 20,000 or more and 750,000 or less, and further preferably 30,000 or more and 500,000 or less. When the weight average molecular weight Mw of the ABC-triblock copolymer is within the above range, a nanostructure material having a helical structure with a size of nanometer order to micrometer order can be produced.

なお、上記ABC−トリブロック共重合体の重量平均分子量Mwを変化させることにより、ポリマーブロックCからなる相をマトリックスとして、ポリマーブロックAからなる相が、シリンダー構造を有しており、ポリマーブロックBからなる相が、当該シリンダー構造をコアとして、その周囲にまきついているらせん構造を有しているミクロ相分離構造を保ったまま、そのサイズを変化させることができる。例えば、上記ABC−トリブロック共重合体の重量平均分子量Mwを小さくすれば、より小さい上記ミクロ相分離構造を発現させることができ、上記ABC−トリブロック共重合体の重量平均分子量Mwを大きくすれば、より大きい上記ミクロ相分離構造を発現させることができる。   In addition, by changing the weight average molecular weight Mw of the ABC-triblock copolymer, the phase consisting of the polymer block C is used as a matrix, and the phase consisting of the polymer block A has a cylinder structure. The phase consisting of can be changed in size while maintaining the microphase separation structure having a spiral structure around the cylinder structure as a core. For example, if the weight average molecular weight Mw of the ABC-triblock copolymer is decreased, a smaller microphase separation structure can be expressed, and the weight average molecular weight Mw of the ABC-triblock copolymer can be increased. For example, the larger microphase separation structure can be developed.

なお、ここで、重量平均分子量Mwは、ゲルパーミエーション・クロマトグラフィー法により測定された値を意味する。   Here, the weight average molecular weight Mw means a value measured by gel permeation chromatography.

また、上記ABC−トリブロック共重合体の分子量分布(Mw/Mn)は1.3以下であることが好ましく、1.2以下であることがより好ましく、1.1以下であることがさらに好ましい。   Moreover, the molecular weight distribution (Mw / Mn) of the ABC-triblock copolymer is preferably 1.3 or less, more preferably 1.2 or less, and even more preferably 1.1 or less. .

分子量分布が上記範囲内にあることにより、より均一なミクロ相分離構造を発現させることができる。   When the molecular weight distribution is within the above range, a more uniform microphase separation structure can be expressed.

なお、ここで、分子量分布(Mw/Mn)は、ゲルパーミエーション・クロマトグラフィー法により測定された重量平均分子量Mwおよび数平均分子量Mnより算出した値を意味する。   Here, the molecular weight distribution (Mw / Mn) means a value calculated from the weight average molecular weight Mw and the number average molecular weight Mn measured by gel permeation chromatography.

上記ABC−トリブロック共重合体の製造方法は特に限定されるものではなく、従来公知の方法を好適に用いることができる。かかる方法としては、例えば、リビングアニオン重合等を好適に用いることができる。分子量分布を小さくするという観点からリビングアニオン重合は好ましい。   The method for producing the ABC-triblock copolymer is not particularly limited, and a conventionally known method can be suitably used. As such a method, for example, living anionic polymerization can be suitably used. Living anionic polymerization is preferred from the viewpoint of reducing the molecular weight distribution.

(I−2)ABC−トリブロック共重合体の高次構造
本発明にかかるナノ構造材料は、上記ABC−トリブロック共重合体を含む、ミクロ相分離したナノ構造材料であって、ポリマーブロックCからなる相をマトリックスとして、ポリマーブロックAからなる相が、シリンダー構造を有しており、ポリマーブロックBからなる相が、当該シリンダー構造をコアとして、その周囲にまきついているらせん構造を有している。
(I-2) Higher-order structure of ABC-triblock copolymer A nanostructured material according to the present invention is a nanostructured material separated from a microphase containing the ABC-triblock copolymer, and the polymer block C The phase consisting of the polymer block A has a cylindrical structure, and the phase consisting of the polymer block B has a helical structure around the cylinder structure as a core. Yes.

本発明にかかるナノ構造材料を、図1および3に基づいて説明する。図1は本発明にかかるナノ構造材料を模式的に表す図である。図1に示すように、本発明にかかるナノ構造材料では、ポリマーブロックAからなる相がシリンダー構造を形成している。かかるシリンダー構造をコアとして、その周囲を、ポリマーブロックBからなる相が巻き付いてらせん構造を形成している。そして、ポリマーブロックBからなる相が巻き付いた状態のシリンダー構造の間隙を埋めるマトリックスは、ポリマーブロックCからなる相によって構成されている。なお、各相は、それぞれ、当該相を構成するポリマーブロックが凝集することにより構成されている。また、図3は本発明にかかるナノ構造材料を透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscopy,TEM)内で傾斜させ、様々な角度で透過像を取得し3次元再構成を行って得た結果を示す図である。図3中、黒色のらせん構造がポリマーブロックBからなる相であり、らせん内の灰色の部分はポリマーブロックAからなる相であり、マトリックスの部分がポリマーブロックCからなる相である。   A nanostructured material according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically showing a nanostructure material according to the present invention. As shown in FIG. 1, in the nanostructured material according to the present invention, the phase composed of the polymer block A forms a cylinder structure. With such a cylinder structure as a core, a spiral structure is formed by winding a phase composed of the polymer block B around the periphery. The matrix that fills the gap in the cylinder structure in which the phase composed of the polymer block B is wound is constituted by the phase composed of the polymer block C. Each phase is constituted by aggregation of polymer blocks constituting the phase. FIG. 3 shows the results obtained by tilting the nanostructured material according to the present invention in a transmission electron microscope (TEM), acquiring transmission images at various angles, and performing three-dimensional reconstruction. FIG. In FIG. 3, the black spiral structure is a phase composed of the polymer block B, the gray portion in the spiral is a phase composed of the polymer block A, and the matrix portion is a phase composed of the polymer block C.

また、シリンダー構造をコアとして、その周囲に巻き付いているらせん構造の巻き方向は特に限定されるものではなく、同じ方向であってもよいし、部分的に巻き方向が異なっていてもよい。   Moreover, the winding direction of the helical structure wound around the cylinder structure as a core is not particularly limited, and may be the same direction or may be partially different in the winding direction.

また、各相の大きさも特に限定されるものではないが、シリンダー構造を形成するポリマーブロックAからなる相の直径、すなわち、シリンダー構造の長手方向に垂直な断面の直径は通常10nm〜140nmであるが、20nm〜120nmであることがより好ましく、30nm〜100nmであることがさらに好ましい。なお、ここで、断面の形状は円形であることがより好ましいが、円形に限定されるものではなく、楕円形、三角形、四角形、五角形、またはそれ以上の多角形等であってもよい。また、断面の形状が円形でない場合、断面の直径とは、断面の外周を円の外周に換算した場合の直径で規定できる。シリンダー構造の直径が上記範囲であることにより、超高周波領域の電磁波吸収材料、センサー、アンテナ、高機能分離膜や電解質膜等の高性能膜、偏光板保護フィルム(垂直配向)等に好適に用いることができる。   The size of each phase is not particularly limited, but the diameter of the phase composed of the polymer block A forming the cylinder structure, that is, the diameter of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the cylinder structure is usually 10 nm to 140 nm. Is more preferably 20 nm to 120 nm, and even more preferably 30 nm to 100 nm. Here, the shape of the cross section is more preferably circular, but is not limited to a circular shape, and may be an ellipse, a triangle, a quadrangle, a pentagon, or a polygon having more than that. Further, when the cross-sectional shape is not circular, the cross-sectional diameter can be defined by the diameter when the outer periphery of the cross-section is converted into the outer periphery of a circle. When the diameter of the cylinder structure is in the above range, it is suitably used for electromagnetic wave absorbing materials, sensors, antennas, high-performance membranes such as high-performance separation membranes and electrolyte membranes, polarizing plate protective films (vertical alignment), etc. be able to.

上記シリンダー構造は、ナノ構造材料の膜の表面で、少なくとも一部において規則的に配列している。より好ましくは、上記シリンダー構造は、ナノ構造材料の膜の表面において、より多くの部分、より好ましくは全部分において規則的に配列している。より具体的には、上記シリンダー構造が、規則的に配列している部分は、ナノ構造材料の膜の表面の面積全体に対して20%以上、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは80%以上である。   The cylinder structure is regularly arranged at least partially on the surface of the nanostructured material film. More preferably, the cylinder structure is regularly arranged in more parts, more preferably all parts, on the surface of the film of nanostructured material. More specifically, the part where the cylinder structure is regularly arranged is 20% or more, more preferably 50% or more, and still more preferably 80% with respect to the entire surface area of the nanostructured material film. That's it.

また、上記シリンダー構造は規則的に配列していれば、その配置は特に限定されるものではないが、例えば、六方格子、立方格子に配列している。 The arrangement of the cylinder structures is not particularly limited as long as the cylinder structures are regularly arranged. For example, the cylinder structures are arranged in a hexagonal lattice shape or a cubic lattice shape .

また、上記シリンダー構造の中心間の距離、すなわち、シリンダー構造の長手方向に垂直な断面の中心相互間の距離は、通常10nm〜300nmであるが、20nm〜200nmであることがより好ましく、30nm〜150nmであることがさらに好ましい。シリンダー構造相互間の間隔が上記範囲であることにより、超高周波領域の電磁波吸収材料、センサー、アンテナ、高機能分離膜等に好適に用いることができる。   The distance between the centers of the cylinder structure, that is, the distance between the centers of the cross sections perpendicular to the longitudinal direction of the cylinder structure is usually 10 nm to 300 nm, more preferably 20 nm to 200 nm, more preferably 30 nm to More preferably, it is 150 nm. When the interval between the cylinder structures is in the above range, it can be suitably used for an electromagnetic wave absorbing material, a sensor, an antenna, a high-functional separation membrane, etc. in an ultrahigh frequency region.

また、上記らせん構造は、1重らせんであってもよいし、2重らせんであってもよいし、3重らせんであってもよいし、それ以上のらせん構造であってもよい。なお、本発明者らは、上記ABC−トリブロック共重合体の分子量分布を狭くすることにより、2重らせん構造を含むミクロ相分離構造が、ナノ構造材料の多くの部分、より好ましくは全部分において発現することを見出している。   The helical structure may be a single helix, a double helix, a triple helix, or a higher helix structure. In addition, the present inventors narrowed the molecular weight distribution of the ABC-triblock copolymer so that the microphase-separated structure including the double helix structure has many parts, more preferably all parts of the nanostructure material. Has been found to be expressed in

上記らせん構造が2重らせんである場合、例えば、ABC−トリブロックポリマーにおけるポリマーブロックBの重量分率のみが異なる2種類のABC−トリブロックポリマーを混合して、溶媒に溶解し、膜形成することにより、2重らせんを形成するポリマーブロックBからなる相の直径が、2重らせんの各らせんで異なるナノ構造材料を製造することができる。かかるナノ構造材料を用いて、後述する方法により作成したナノポーラス材料は、例えばバイモダルな孔を有する分離膜として用いることができる。   When the helical structure is doubled, for example, two types of ABC-triblock polymers differing only in the weight fraction of the polymer block B in the ABC-triblock polymer are mixed and dissolved in a solvent to form a film. In this way, nanostructured materials can be produced in which the phase of the polymer block B forming the double helix has a different diameter for each helix of the double helix. A nanoporous material prepared by a method described later using such a nanostructured material can be used as a separation membrane having bimodal pores, for example.

図3中aで示されるらせん構造のピッチは特に限定されるものではないが、通常、20nm〜100nmであり、40nm〜80nmであることがより好ましく、50nm〜70nmであることがさらに好ましい。   The pitch of the helical structure indicated by a in FIG. 3 is not particularly limited, but is usually 20 nm to 100 nm, more preferably 40 nm to 80 nm, and further preferably 50 nm to 70 nm.

また、図3中bで示されるシリンダー相に対するらせんの傾斜角度も特に限定されるものではないが、20°〜60°、より好ましくは35°〜45°であることが好ましい。   Further, the inclination angle of the helix with respect to the cylinder phase shown by b in FIG. 3 is not particularly limited, but is preferably 20 ° to 60 °, more preferably 35 ° to 45 °.

また、図3中cで示されるらせん構造を構成する相の直径も特に限定されるものではないが、通常、9nm〜17nmであり、11nm〜15nmであることがより好ましく、12nm〜14nmであることがさらに好ましい。   Also, the diameter of the phase constituting the helical structure indicated by c in FIG. 3 is not particularly limited, but is usually 9 nm to 17 nm, more preferably 11 nm to 15 nm, and more preferably 12 nm to 14 nm. More preferably.

また、シリンダー構造を構成する相の直径も特に限定されるものではないが、通常、10nm〜140nmであり、20nm〜120nmであることがより好ましく、30nm〜100nmであることがさらに好ましい。   Further, the diameter of the phase constituting the cylinder structure is not particularly limited, but is usually 10 nm to 140 nm, more preferably 20 nm to 120 nm, and further preferably 30 nm to 100 nm.

また、図3中dで示される、上記らせん構造の外径は、通常5nm〜150nmであり、10nm〜140nmであることがより好ましく、20nm〜120nmであることがさらに好ましい。なお、ここで、上記らせん構造の外径とは、(シリンダー構造を構成する相の直径+らせん構造を構成する相の直径×2)で表される値をいう。   Further, the outer diameter of the helical structure indicated by d in FIG. 3 is usually 5 nm to 150 nm, more preferably 10 nm to 140 nm, and further preferably 20 nm to 120 nm. Here, the outer diameter of the helical structure refers to a value represented by (diameter of the phase constituting the cylinder structure + diameter of the phase constituting the helical structure × 2).

また、上記らせん構造が、2重以上のらせん構造である場合、各らせん構造の太さは同じであってもよいし、異なっていてもよい。   Moreover, when the said helical structure is a double or more helical structure, the thickness of each helical structure may be the same and may differ.

(I−3)ナノ構造材料
本発明にかかるナノ構造材料は膜の形状を有していることが好ましい。本発明のナノ構造材料からなる膜の膜厚は、特に限定されるものではないが、5,000μm以下であることが好ましく、1,000μm以下であることがさらに好ましい。
(I-3) Nanostructured material The nanostructured material according to the present invention preferably has a film shape. The film thickness of the film made of the nanostructured material of the present invention is not particularly limited, but is preferably 5,000 μm or less, and more preferably 1,000 μm or less.

中でも本発明にかかるナノ構造材料からなる膜のより好ましい一実施形態は、1000nm未満の膜厚を有する膜である。かかる膜は、高機能膜、電解質膜等の多様な用途に用いることができる。かかる膜の膜厚は、0より大きく1000nm未満であればよいが、より好ましくは10nm以上500nm以下、さらに好ましくは20nm以上300nm以下である。   Among these, a more preferred embodiment of the film made of the nanostructured material according to the present invention is a film having a film thickness of less than 1000 nm. Such a membrane can be used for various applications such as a high-performance membrane and an electrolyte membrane. The thickness of such a film may be greater than 0 and less than 1000 nm, more preferably 10 nm to 500 nm, and still more preferably 20 nm to 300 nm.

また、本発明にかかるナノ構造材料からなる膜のより好ましい他の一実施形態は、1μm以上1000μm以下の膜厚を有する膜である。かかる膜は、燃料電池の電解質膜、超高周波領域の電磁波吸収材料等の多様な用途に用いることができる。かかる膜の膜厚は、1μm以上1000μm以下であればよいが、より好ましくは1μm以上100μm以下、さらに好ましくは1μm以上50μm以下である。   Another more preferred embodiment of the film made of the nanostructured material according to the present invention is a film having a film thickness of 1 μm or more and 1000 μm or less. Such a membrane can be used for various applications such as an electrolyte membrane of a fuel cell and an electromagnetic wave absorbing material in an ultrahigh frequency region. The film thickness of such a film may be 1 μm or more and 1000 μm or less, more preferably 1 μm or more and 100 μm or less, and still more preferably 1 μm or more and 50 μm or less.

また、本発明にかかるナノ構造材料は、さらに基板を含み、当該基板上に、上記膜が形成されていてもよい。なお、本発明では、基板が親水性であっても、疎水性であっても、上記シリンダー構造(及び、らせん構造の中心軸)を、両側の膜表面から、膜の内部に向かって、少なくとも一部で膜表面に対して垂直に配向させることができる。   The nanostructured material according to the present invention may further include a substrate, and the film may be formed on the substrate. In the present invention, regardless of whether the substrate is hydrophilic or hydrophobic, the cylinder structure (and the central axis of the helical structure) is at least from the film surface on both sides toward the inside of the film. Some can be oriented perpendicular to the film surface.

上記基板としては、特に限定されるものではないが、例えば、シリコン基板、雲母、ガラス基板、ITO基板等を好適に用いることができる。   Although it does not specifically limit as said board | substrate, For example, a silicon substrate, a mica, a glass substrate, an ITO board | substrate etc. can be used suitably.

本発明にかかるナノ構造材料においては、ポリマーブロックAからなるシリンダー構造は、上記膜の一方の表面から反対側の表面に向かって貫通している。また、シリンダー構造の周囲に巻き付いて形成されているらせん構造も、シリンダー構造と同様に、上記膜の一方の表面から反対側の表面に向かって貫通している。これにより、シリンダー構造及び/又はらせん構造を溶解して、空洞化したポーラス構造とした場合、膜を貫通するポーラス構造を得ることができ、当該膜を高機能膜、電解質膜等として用いることが可能となる。   In the nanostructured material according to the present invention, the cylinder structure composed of the polymer block A penetrates from one surface of the membrane toward the opposite surface. In addition, the spiral structure formed by wrapping around the cylinder structure also penetrates from one surface of the membrane to the opposite surface, like the cylinder structure. Thus, when the cylindrical structure and / or the helical structure is dissolved to form a hollow porous structure, a porous structure penetrating the film can be obtained, and the film can be used as a high-functional film, an electrolyte film, or the like. It becomes possible.

また、通常シリンダー構造を有する親水性の相と疎水性の相とからなるブロック共重合体では、膜の表面を疎水性の相が覆ってしまうという問題点があるが、本発明のナノ構造材料では、かかる問題がない。   In addition, the block copolymer consisting of a hydrophilic phase and a hydrophobic phase usually having a cylinder structure has a problem that the hydrophobic phase covers the surface of the membrane, but the nanostructured material of the present invention Then there is no such problem.

本発明にかかるナノ構造材料においては、膜表面の一部を構成するシリンダー構造の端部を含むシリンダー構造の少なくとも一部が膜表面に対して垂直に配向しているとともに、垂直に配向している部分の配向角度の乱れの絶対値が好ましくは45°未満、より好ましくは35°未満、さらに好ましくは20°未満である。   In the nanostructured material according to the present invention, at least a part of the cylinder structure including the end of the cylinder structure constituting a part of the film surface is oriented perpendicularly to the film surface, and is oriented vertically. The absolute value of the disorder of the orientation angle of the portion is preferably less than 45 °, more preferably less than 35 °, and still more preferably less than 20 °.

すなわち、上記ナノ構造材料においては、上記シリンダー構造は、少なくとも、両側の膜表面近傍では、膜表面に対して垂直に配向している。また、シリンダー構造の周囲に巻き付いて形成されているらせん構造も、シリンダー構造と同様に、らせん構造の中心軸が両側の膜表面近傍では、膜表面に対して垂直に配向していることになる。   That is, in the nanostructured material, the cylinder structure is oriented perpendicular to the film surface at least in the vicinity of the film surfaces on both sides. In addition, in the spiral structure formed by wrapping around the cylinder structure, the central axis of the spiral structure is oriented perpendicular to the film surface in the vicinity of the film surfaces on both sides, similarly to the cylinder structure. .

ここで、上記シリンダー構造(及び、らせん構造の中心軸)は、両側の膜表面から、膜の内部に向かって、少なくとも一部で膜表面に対して垂直に配向していればよいが、より好ましくは両側の膜表面からそれぞれ少なくとも10μm、さらに好ましくは少なくとも2μmが膜表面に対して垂直に配向していればよい。   Here, the cylinder structure (and the central axis of the spiral structure) may be oriented at least partially perpendicular to the film surface from the film surface on both sides toward the inside of the film. Preferably, at least 10 μm and more preferably at least 2 μm from the film surfaces on both sides should be oriented perpendicular to the film surface.

また、本発明にかかるナノ構造材料が1000nm未満の膜厚を有する膜である場合は、上記シリンダー構造は、上記膜の一方の表面から反対側の表面までの全体にわたって膜表面に対して垂直に配向しているとともに、垂直に配向している部分の配向角度の乱れの絶対値が45°未満であることが好ましい。なお、垂直に配向している部分の配向角度の乱れの絶対値は、より好ましくは35°未満、さらに好ましくは20°未満である。また、かかる場合は、シリンダー構造の周囲に巻き付いて形成されているらせん構造も、シリンダー構造と同様に、らせん構造の中心軸が、上記膜の一方の表面から反対側の表面までの全体にわたって膜表面に対して垂直に配向しているとともに、垂直に配向している部分の配向角度の乱れの絶対値が45°未満であることが好ましい。   When the nanostructured material according to the present invention is a film having a film thickness of less than 1000 nm, the cylinder structure is perpendicular to the film surface over the entire surface from one surface of the film to the opposite surface. It is preferable that the absolute value of the disorder of the orientation angle of the vertically oriented portion is less than 45 ° while being oriented. The absolute value of the disorder in the orientation angle of the vertically oriented portion is more preferably less than 35 °, and even more preferably less than 20 °. In such a case, the spiral structure formed by wrapping around the cylinder structure also has a central axis of the spiral structure extending from one surface of the film to the opposite surface. It is preferable that the absolute value of the disorder of the orientation angle of the portion oriented perpendicularly to the surface is less than 45 °.

これにより、シリンダー構造及び/又はらせん構造を溶解して、空洞化したポーラス構造とした場合、膜を貫通するポーラス構造を得ることができ、当該膜を高機能膜、電解質膜等として用いることが可能となる。   Thus, when the cylindrical structure and / or the helical structure is dissolved to form a hollow porous structure, a porous structure penetrating the film can be obtained, and the film can be used as a high-functional film, an electrolyte film, or the like. It becomes possible.

なお、「膜表面に対して垂直に配向しているとともに、垂直に配向している部分の配向角度の乱れの絶対値が45°未満である」とは、膜表面に垂直に配向している場合と、配向角度に一定の乱れがある場合とを含む趣旨である。ここで、上記「配向角度の乱れの絶対値」とは、膜表面に対して垂直な線となす角の絶対値をいい、図8に示される角度θをいい、断面のTEM像を観察することにより測定することができる。   Note that “the film is oriented perpendicularly to the film surface and the absolute value of the disorder of the orientation angle of the vertically oriented part is less than 45 °” means that the film is oriented perpendicularly to the film surface. The case and the case where there is a certain disorder in the orientation angle. Here, the “absolute value of orientation angle disturbance” refers to an absolute value of an angle formed with a line perpendicular to the film surface, such as the angle θ shown in FIG. 8, and a cross-sectional TEM image is observed. Can be measured.

(II)ナノ構造材料の製造方法
本発明にかかるナノ構造材料の製造方法は、上記ABC−トリブロック共重合体を含み、ミクロ相分離したナノ構造材料であって、ポリマーブロックCからなる相をマトリックスとして、ポリマーブロックAからなる相が、シリンダー構造を有しており、ポリマーブロックBからなる相が、当該シリンダー構造をコアとして、その周囲にまきついているらせん構造を有しているナノ構造材料の製造方法であって、当該ABC−トリブロック共重合体におけるポリマーブロックAの重量分率が17%以上26%未満であり、ポリマーブロックBの重量分率が4%以上12%未満であり、ポリマーブロックCの重量分率が63%以上79%未満であるとともに、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAB、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχBC、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAC、としたときに、χBC>χAB>χACを満たすABC−トリブロック共重合体を溶媒に溶解する工程と、得られたABC−トリブロック共重合体の溶液を用いて上記ブロック共重合体を含む膜を形成する膜形成工程と、上記膜から溶媒を除去してミクロ相分離構造を発現させる工程とを含んでいればよい。
(II) Method for Producing Nanostructured Material A method for producing a nanostructured material according to the present invention is a nanostructured material containing the above ABC-triblock copolymer and microphase-separated, and comprising a phase comprising a polymer block C. As a matrix, a nanostructure material in which a phase composed of a polymer block A has a cylinder structure, and a phase composed of a polymer block B has a helical structure that is wound around the cylinder structure as a core The weight fraction of polymer block A in the ABC-triblock copolymer is 17% or more and less than 26%, and the weight fraction of polymer block B is 4% or more and less than 12%. The polymer block C has a weight fraction of 63% or more and less than 79%, and a repeating monomer constituting the polymer block A; , The interaction parameter with the repeating monomer constituting the polymer block B is χ AB , the interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block B and the repeating monomer constituting the polymer block C is χ BC , and the polymer block A is constituted repeating monomer, the step of dissolving AC interaction parameters between repeating monomer constituting the polymer block C chi, and was at the time, the χ BC> χ AB> χ satisfying the AC ABC-triblock copolymer in a solvent And a film forming step of forming a film containing the block copolymer using the obtained ABC-triblock copolymer solution, and a step of removing a solvent from the film to develop a microphase separation structure. Should be included.

本発明にかかるナノ構造材料の製造方法では、上記ポリマーブロックA、ポリマーブロックB、及び、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマー相互間の相互作用パラメータが、χBC>χAB>χACを満たし、且つ、ポリマーブロックAと、ポリマーブロックBと、ポリマーブロックCとの重量分率が上記範囲内にある特定のABC−トリブロック共重合体を用いることにより、かかるABC−トリブロック共重合体を溶媒に溶解し、膜を形成し、溶媒を除去するという簡便な方法で、ポリマーブロックCからなる相をマトリックスとして、ポリマーブロックAからなる相が、シリンダー構造を有しており、ポリマーブロックBからなる相が、当該シリンダー構造をコアとして、その周囲にまきついているらせん構造を有しているナノ構造材料を製造することができる。また、加えて、膜表面の一部を構成するシリンダー構造の端部を含むシリンダー構造の少なくとも一部が膜表面に対して垂直に配向しているとともに、垂直に配向している部分の配向角度の乱れの絶対値が45°未満であるナノ構造材料を、従来のようにブロック共重合体のゾーン加熱、特性表面粗さ以上の(凹凸のある)基板の使用等のような手段を講じることなく確実に製造することができる。 In the method for producing a nanostructure material according to the present invention, an interaction parameter between repeating monomers constituting the polymer block A, the polymer block B, and the polymer block C satisfies χ BC > χ AB > χ AC , In addition, by using a specific ABC-triblock copolymer in which the weight fraction of the polymer block A, the polymer block B, and the polymer block C is within the above range, the ABC-triblock copolymer is removed from the solvent. In the simple method of dissolving in the solution, forming a film, and removing the solvent, the phase composed of the polymer block C is used as a matrix, the phase composed of the polymer block A has a cylinder structure, and consists of the polymer block B The phase has a spiral structure around the cylinder structure as a core. It is possible to produce nanostructured materials. In addition, at least a part of the cylinder structure including the end of the cylinder structure constituting a part of the film surface is oriented perpendicular to the film surface, and the orientation angle of the vertically oriented part Take measures such as the conventional zone heating of block copolymers and the use of (uneven) substrates with a characteristic surface roughness higher than that of nanostructured materials with an absolute value of disturbance of less than 45 °. And can be manufactured reliably.

また、本発明にかかるナノ構造材料の製造方法では、上記ポリマーブロックAの重量分率を変化させることにより、上記らせん構造の外径及びピッチを変化させることができる。これにより、所望の形状を有するらせん構造を有するナノ構造材料を製造することができる。   In the method for producing a nanostructure material according to the present invention, the outer diameter and pitch of the helical structure can be changed by changing the weight fraction of the polymer block A. Thereby, a nanostructure material having a helical structure having a desired shape can be manufactured.

また、上記らせん構造の外径およびピッチは、上記ポリマーブロックAの重量分率を変化させる上記方法に加えて、又は、代えて、ABC−トリブロック共重合体に、上記ポリマーブロックAと同じ化学構造からなるホモポリマーをブレンドすることにより変化させることもできる。   Further, the outer diameter and pitch of the helical structure are the same as those in the polymer block A in addition to or in place of the method for changing the weight fraction of the polymer block A. It can also be changed by blending homopolymers of structure.

また、本発明にかかるナノ構造材料の製造方法では、上記ポリマーブロックBの重量分率を変化させることにより、上記らせん構造の線径、言い換えれば、図3中cで示されるらせん構造を構成する相の直径を変化させることができる。これにより、所望のらせん構造の線径を有するナノ構造材料を製造することができる。   Further, in the method for producing a nanostructure material according to the present invention, the wire fraction of the helical structure, in other words, the helical structure shown by c in FIG. 3 is formed by changing the weight fraction of the polymer block B. The phase diameter can be varied. Thereby, the nanostructure material which has the wire diameter of a desired helical structure can be manufactured.

また、上記らせん構造の線径は、上記ポリマーブロックBの重量分率を変化させる上記方法に加えて、又は、代えて、ABC−トリブロック共重合体に、上記ポリマーブロックBと同じ化学構造からなるホモポリマーをブレンドすることにより変化させることもできる。   Further, the wire diameter of the helical structure may be changed from the same chemical structure as that of the polymer block B to the ABC-triblock copolymer in addition to or instead of the method of changing the weight fraction of the polymer block B. It can also be changed by blending the homopolymers.

(II−1)上記ABC−トリブロック共重合体を溶媒に溶解する工程
本工程で用いる上記ABC−トリブロック共重合体については、上記(I)で説明したとおりであるのでここでは説明を省略する。
(II-1) Step of dissolving the ABC-triblock copolymer in a solvent The ABC-triblock copolymer used in this step is the same as that described in (I) above, and is not described here. To do.

また、本工程で用いる上記溶媒は、用いるABC−トリブロック共重合体の、ポリマーブロックA、ポリマーブロックB、及び、ポリマーブロックCのすべてに対して貧溶媒でない溶媒であれば特に限定されるものではなく、用いるABC−トリブロック共重合体の種類に応じて適宜選択すればよい。   Moreover, the said solvent used at this process will be specifically limited if it is a solvent which is not a poor solvent with respect to all of the polymer block A, the polymer block B, and the polymer block C of the ABC-triblock copolymer to be used. Instead, it may be appropriately selected according to the type of ABC-triblock copolymer to be used.

かかる溶媒としては、例えば、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ジオキサン、メチルイソブチルケトン、ベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、エチルベンゼン、プロピルベンゼン等を好適に用いることができる。例えば用いるABC−トリブロック共重合体がポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレートである場合には、クロロホルム等を好適に用いることができる。   As such a solvent, for example, chloroform, tetrahydrofuran, dioxane, methyl isobutyl ketone, benzene, toluene, xylene, carbon tetrachloride, ethylbenzene, propylbenzene and the like can be suitably used. For example, when the ABC-triblock copolymer to be used is polystyrene-polybutadiene-polymethyl methacrylate, chloroform or the like can be suitably used.

また、上記ABC−トリブロック共重合体の濃度、すなわち、溶解した上記ABC−トリブロック共重合体の重量の、溶解した上記ABC−トリブロック共重合体と溶媒との合計重量に対する割合は、0.05wt%〜20wt%であることが好ましく、0.1wt%〜10wt%であることがより好ましい。上記ABC−トリブロック共重合体の濃度が上記範囲であることにより、製膜工程に好適に用いることができる。   In addition, the concentration of the ABC-triblock copolymer, that is, the ratio of the weight of the dissolved ABC-triblock copolymer to the total weight of the dissolved ABC-triblock copolymer and the solvent is 0. 0.05 wt% to 20 wt% is preferable, and 0.1 wt% to 10 wt% is more preferable. It can use suitably for a film forming process because the density | concentration of the said ABC-triblock copolymer is the said range.

(II−2)膜形成工程
膜形成工程では、上記工程で得られたABC−トリブロック共重合体の溶液を用いて上記ブロック共重合体を含む膜を形成する。膜の形成方法は特に限定されるものではなく、従来公知の方法を適宜選択して用いればよい。
(II-2) Film Formation Step In the film formation step, a film containing the block copolymer is formed using the ABC-triblock copolymer solution obtained in the above step. The method for forming the film is not particularly limited, and a conventionally known method may be appropriately selected and used.

上記膜形成方法としては、例えば、溶媒キャスト法、スピンコート法、ディップコート法等を挙げることができるが、膜形成方法はこれらに限定されるものではなく、他の方法により、行ってもよい。なお、ABC−トリブロック共重合体の濃度、スピンコートにおける回転数や時間、ディップコート法における引き上げ速度等を適宜選択することにより、膜厚を調製することができる。   Examples of the film forming method include a solvent casting method, a spin coating method, a dip coating method, and the like, but the film forming method is not limited to these, and may be performed by other methods. . The film thickness can be adjusted by appropriately selecting the concentration of the ABC-triblock copolymer, the number of revolutions and time in spin coating, the pulling rate in the dip coating method, and the like.

(II−3)上記膜から溶媒を除去してミクロ相分離構造を発現させる工程
本工程では、上記II−2で得られた膜から溶媒を除去してミクロ相分離構造を発現させる。溶媒を除去する方法としては、特に限定されるものではなく、無風乾燥、熱風乾燥等を用いればよい。
(II-3) Step of removing the solvent from the membrane to develop a microphase separation structure In this step, the solvent is removed from the membrane obtained in II-2 to develop a microphase separation structure. The method for removing the solvent is not particularly limited, and airless drying, hot air drying, or the like may be used.

また、本発明では熱処理を行わない場合でもミクロ相分離構造を進行させることができるが、ミクロ相分離構造を十分に進行させるために、熱処理を行ってもよい。熱処理の温度は通常140℃〜190℃、加熱時間は12時間〜48時間である。   In the present invention, the microphase separation structure can be advanced even when heat treatment is not performed. However, heat treatment may be performed in order to sufficiently advance the microphase separation structure. The heat treatment temperature is usually 140 ° C. to 190 ° C., and the heating time is 12 hours to 48 hours.

従来のナノ構造材料の製造方法では、シリンダー構造を、膜表面に対して垂直に配向させるために、上記特許文献や非特許文献に開示されているように種々の方法が講じられていた。上記特許文献2に対し、本発明にかかるナノ構造材料の製造方法では、試料をシリコーンオイルバス中で加熱処理しないため、熱による試料の劣化を防ぐことができる点に優位性がある。また、上記特許文献3に対し、試料をゾーン加熱しないため、特殊な装置を用いることなく簡易に垂直配向させることができる点に優位性がある。また、特許文献4に対し、基板に特別な加工を施すことがない点で優位性がある。また、特許文献5に対しては汎用高分子材料を用いている点で優位性がある。また、非特許文献4に対しては直流電流の印加を必要としない点で優位性がある。   In the conventional method for producing a nanostructured material, various methods have been taken as disclosed in the above-mentioned patent documents and non-patent documents in order to orient the cylinder structure perpendicular to the film surface. Compared to Patent Document 2, the method for producing a nanostructured material according to the present invention is superior in that the sample is not heat-treated in a silicone oil bath, so that deterioration of the sample due to heat can be prevented. In addition, since the sample is not zone-heated with respect to the above-mentioned Patent Document 3, there is an advantage in that it can be easily vertically aligned without using a special apparatus. Moreover, it is superior to Patent Document 4 in that no special processing is performed on the substrate. In addition, Patent Document 5 has an advantage in that a general-purpose polymer material is used. Further, it has an advantage over Non-Patent Document 4 in that it does not require application of a direct current.

(III)ナノ構造材料の利用
本発明にかかるナノ構造材料は、膜の表面から膜の内部に向かって少なくとも一部が垂直配向したらせん構造を有するので、ナノポーラス材料、ナノスタンプ、ナノテンプレート等とすることにより、超高周波領域の電磁波吸収材料、センサー、アンテナ、高機能分離膜や電解質膜等の高性能膜、偏光板保護フィルム(垂直配向)等の幅広い用途に利用することができる。
(III) Utilization of Nanostructured Material Since the nanostructured material according to the present invention has a spiral structure in which at least a part is vertically oriented from the surface of the film toward the inside of the film, the nanoporous material, nanostamp, nanotemplate, etc. By doing so, it can be used for a wide range of applications such as electromagnetic wave absorbing materials in the ultra-high frequency region, sensors, antennas, high-performance films such as highly functional separation membranes and electrolyte membranes, and polarizing plate protective films (vertical alignment).

従って本発明には、上記ナノ構造材料を用いて製造されるナノポーラス材料、ナノスタンプ、ナノテンプレート等も含まれる。   Therefore, the present invention also includes nanoporous materials, nanostamps, nanotemplates and the like that are produced using the nanostructured material.

本発明にかかるナノポーラス材料は、上記ナノ構造材料におけるABC−トリブロック共重合体のポリマーブロックBからなる相が分解又は溶解によって除去されてなるものである。   The nanoporous material according to the present invention is obtained by removing the phase composed of the polymer block B of the ABC-triblock copolymer in the nanostructured material by decomposition or dissolution.

ポリマーブロックBからなる相を分解する方法は特に限定されるものではなく、従来公知の方法を好適に用いることができるが、例えば、その一例として、オゾン分解処理、イオンビームエッチング等を挙げることができる。また、ポリマーブロックBからなる相を溶解する方法も特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができるが、例えば、ポリマーブロックBを溶解するが、ポリマーブロックA、Cを溶解しないような溶媒を挙げることができる。   The method for decomposing the phase comprising the polymer block B is not particularly limited, and a conventionally known method can be suitably used. Examples thereof include ozone decomposition treatment, ion beam etching, and the like. it can. Further, the method for dissolving the phase composed of the polymer block B is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. For example, the polymer block B is dissolved, but the polymer blocks A and C are not dissolved. Such solvents can be mentioned.

これにより、上記らせん構造の線径、言い換えれば、図3中cで示されるらせん構造を構成する相の直径が9nm〜17nmで、膜の表面から膜の内部に向かって少なくとも一部が垂直配向したらせん構造の貫通孔を有するナノポーラス材料を得ることができる。   As a result, the diameter of the helical structure, in other words, the diameter of the phase constituting the helical structure shown by c in FIG. 3 is 9 nm to 17 nm, and at least a part is vertically oriented from the surface of the film toward the inside of the film. A nanoporous material having a spiral through-hole can be obtained.

かかるナノポーラス材料は、電磁波吸収材料、センサー、アンテナ、高機能分離膜や電解質膜等の高性能膜、偏光板保護フィルム(垂直配向)等に好適に用いることができる。   Such a nanoporous material can be suitably used for an electromagnetic wave absorbing material, a sensor, an antenna, a high-performance film such as a highly functional separation film or an electrolyte film, a polarizing plate protective film (vertical alignment), and the like.

また、本発明にかかるナノらせんは、上記ナノ構造材料におけるABC−トリブロック共重合体のポリマーブロックAからなる相及びポリマーブロックCからなる相が分解または溶解によって除去されてなるものである。   The nanohelix according to the present invention is obtained by removing the phase composed of the polymer block A and the phase composed of the polymer block C of the ABC-triblock copolymer in the nanostructured material by decomposition or dissolution.

ポリマーブロックAからなる相及びポリマーブロックCからなる相を分解する方法は特に限定されるものではなく、従来公知の方法を好適に用いることができるが、例えば、その一例として、オゾン分解処理、イオンビームエッチング等を挙げることができる。また、ポリマーブロックAからなる相及びポリマーブロックCからなる相からなる相を溶解する方法も特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができるが、例えば、ポリマーブロックAからなる相及びポリマーブロックCからなる相を溶解するが、ポリマーブロックBを溶解しないような溶媒を挙げることができる。   The method for decomposing the phase composed of the polymer block A and the phase composed of the polymer block C is not particularly limited, and a conventionally known method can be suitably used. For example, as an example, ozonolysis treatment, ion Examples include beam etching. Further, the method for dissolving the phase composed of the polymer block A and the phase composed of the polymer block C is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. For example, the phase composed of the polymer block A can be used. And a solvent that dissolves the phase composed of the polymer block C but does not dissolve the polymer block B.

これにより、上記らせん構造の線径、言い換えれば、図3中cで示されるらせん構造を構成する相の直径が9nm〜17nmで、膜の表面から膜の内部に向かって少なくとも一部が垂直配向したナノらせんを得ることができる。   As a result, the diameter of the helical structure, in other words, the diameter of the phase constituting the helical structure shown by c in FIG. 3 is 9 nm to 17 nm, and at least a part is vertically oriented from the surface of the film toward the inside of the film. Nano-helix can be obtained.

かかるナノらせんは、電磁波吸収材料、センサー、アンテナ、高機能分離膜や電解質膜等の高性能膜、偏光板保護フィルム(垂直配向)等に好適に用いることができる。   Such a nano helix can be suitably used for an electromagnetic wave absorbing material, a sensor, an antenna, a high-performance film such as a highly functional separation film or an electrolyte film, a polarizing plate protective film (vertical alignment), and the like.

また、本発明にかかるナノスタンプは、上記ナノポーラス材料に金属、半導体、無機化合物を充填した後、ABC−トリブロック共重合体のポリマーブロックAからなる相及びポリマーブロックCからなる相を分解又は溶解することによって得られるものである。   In the nanostamp according to the present invention, the nanoporous material is filled with a metal, a semiconductor, or an inorganic compound, and then the phase composed of the polymer block A and the phase composed of the polymer block C of the ABC-triblock copolymer are decomposed or dissolved. It is obtained by doing.

これにより、上記らせん構造の線径、言い換えれば、図3中cで示されるらせん構造を構成する相の直径が9nm〜17nmで、膜の表面にから膜の内部に向かって少なくとも一部が垂直配向した、金属、半導体、または、無機化合物からなるナノらせんを得ることができる。   Thereby, the diameter of the helical structure, in other words, the diameter of the phase constituting the helical structure shown by c in FIG. 3 is 9 nm to 17 nm, and at least a part is perpendicular from the surface of the film to the inside of the film. An oriented nano-helix composed of a metal, a semiconductor, or an inorganic compound can be obtained.

かかるナノスタンプは、超高周波領域の電磁波吸収材料、センサー、アンテナ、高機能分離膜や電解質膜等の高性能膜、偏光板保護フィルム(垂直配向)等に好適に用いることができる。   Such nano stamps can be suitably used for electromagnetic wave absorbing materials in the ultra-high frequency region, sensors, antennas, high-performance films such as highly functional separation membranes and electrolyte membranes, polarizing plate protective films (vertical alignment), and the like.

〔実施例1:ABC−トリブロック共重合体の製造〕
ABC−トリブロック共重合体として、ポリスチレン(PS)−ポリブタジエン(PB)−ポリメチルメタクリレート(PMMA)を、Clemens Auschra, Reimund Dtadler, Polymer Bulletin 30, 257-264(1993)に記載の方法により製造した。
[Example 1: Production of ABC-triblock copolymer]
Polystyrene (PS) -polybutadiene (PB) -polymethyl methacrylate (PMMA) was produced as an ABC-triblock copolymer by the method described in Clemens Auschra, Reimund Dtadler, Polymer Bulletin 30, 257-264 (1993). .

n−BuLiの1.4Mへプタン溶液20mlを、1200mlの精製したTHFに添加し室温で一晩おいた。これに翌日スチレンを導入し−80℃に冷却した。反応溶液を激しく攪拌し、n−BuLiにより重合を開始させて、オレンジ色のリビングポリスチレン溶液を得た。30分後、ブタジエンを、反応容器中に凝縮し、無色の反応溶液を−10℃まで昇温して4〜6時間かけてブタジエンを重合させた。かかる条件下、殆どのブタジエン(>90%)は反応した。続いて、得られた溶液に過剰の1,1−ジフェニルエチレンを添加した。溶液は数分間のうちに赤色に変わった。この溶液を−60℃まで冷却した後、メチルメタクリレートをゆっくりと添加した。無色の溶液を−40℃まで昇温し1時間攪拌して反応を完了させた。得られたポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレートをメタノール中で沈殿させて分離した。   20 ml of a 1.4M heptane solution of n-BuLi was added to 1200 ml of purified THF and left overnight at room temperature. The next day, styrene was introduced and cooled to -80 ° C. The reaction solution was stirred vigorously and polymerization was initiated with n-BuLi to obtain an orange living polystyrene solution. After 30 minutes, butadiene was condensed in a reaction vessel, and the colorless reaction solution was heated to −10 ° C. to polymerize butadiene over 4 to 6 hours. Under such conditions, most butadiene (> 90%) reacted. Subsequently, excess 1,1-diphenylethylene was added to the resulting solution. The solution turned red within a few minutes. After the solution was cooled to -60 ° C, methyl methacrylate was slowly added. The colorless solution was heated to −40 ° C. and stirred for 1 hour to complete the reaction. The resulting polystyrene-polybutadiene-polymethyl methacrylate was separated by precipitation in methanol.

重合途中で、分析目的のために、ポリスチレンブロックおよび末端を1,1−ジフェニルエチレンでキャップしたポリスチレン−ポリブタジエンの一部を分離した。   During the polymerization, the polystyrene block and a portion of the polystyrene-polybutadiene capped with 1,1-diphenylethylene were separated for analytical purposes.

得られたポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレートは、Mn(ポリスチレンブロック)=34000、Mn(ポリブタジエンブロック)=11900、Mn(ポリメチルメタクリレートブロック)=124100、Mw/Mn=1.06、Mn(ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレート)=170000であった。また、上記結果より、ポリスチレンブロック(ポリマーブロックA)の重量分率は20%、ポリブタジエンブロック(ポリマーブロックB)の重量分率は7%、ポリメチルメタクリレートブロック(ポリマーブロックC)の重量分率は73%であった。   The obtained polystyrene-polybutadiene-polymethyl methacrylate has Mn (polystyrene block) = 34000, Mn (polybutadiene block) = 1900, Mn (polymethyl methacrylate block) = 124100, Mw / Mn = 1.06, Mn (polystyrene- Polybutadiene-polymethyl methacrylate) = 1700. From the above results, the weight fraction of polystyrene block (polymer block A) is 20%, the weight fraction of polybutadiene block (polymer block B) is 7%, and the weight fraction of polymethyl methacrylate block (polymer block C) is It was 73%.

なお、ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレートの、各ポリマーブロック間の相互作用パラメータは、χAB(χ(PS−PB))=0.098、χBC(χ(PB−PMMA))=0.168、χAC(χ(PS−PMMA))=0.016である。 In addition, the interaction parameter between each polymer block of polystyrene-polybutadiene-polymethyl methacrylate is χ AB(PS-PB) ) = 0.098, χ BC(PB-PMMA) ) = 0.168. , Χ AC(PS−PMMA) ) = 0.016.

〔実施例2:マイクロメートルオーダーの膜厚を有する膜の製造〕
実施例1で得られたポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレートをクロロホルムに5wt%となるように溶解してクロロホルム溶液を得た。このクロロホルム溶液をガラスシャーレに滴下し、室温で24時間かけて溶媒を蒸発させて、膜厚1000μmのフィルムを得た。得られたフィルムから、ウルトラミクロトームを用いて、膜断面の超薄切片を作製し、OsO溶液の蒸気に曝すことによってPB相を染色した。
[Example 2: Production of a film having a thickness of micrometer order]
The polystyrene-polybutadiene-polymethyl methacrylate obtained in Example 1 was dissolved in chloroform so as to be 5 wt% to obtain a chloroform solution. This chloroform solution was dropped into a glass petri dish, and the solvent was evaporated at room temperature for 24 hours to obtain a film having a thickness of 1000 μm. From the obtained film, an ultrathin section with a membrane cross section was prepared using an ultramicrotome, and the PB phase was stained by exposure to vapor of an OsO 4 solution.

染色した超薄切片を透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscopy,TEM:JEM−2200FS(加速電圧200kV)、日本電子株式会社製)内で傾斜させ、様々な角度で透過像を取得し3次元再構成を行った。得られた3次元データより、らせん構造のピッチや巻き角度などを求めた。   Stained ultrathin sections are tilted in a transmission electron microscope (Transmission Electron Microscopy, TEM: JEM-2200FS (acceleration voltage 200 kV), manufactured by JEOL Ltd.), and transmission images are acquired at various angles to reconstruct three-dimensionally. Went. From the obtained three-dimensional data, the pitch and winding angle of the helical structure were determined.

図2は本実施例で得られた膜のTEM観察の結果を示す図である。OsOにより染色を行っているため、黒い相がPB相、灰色の相がPS相、最も白い相(マトリックス)がPMMA相である。図2中(a)に示すように、六方格子に配列された(ヘキサゴナルにパッキングされた)円状の灰色の相(PS相、円状の黒いPB相の内部)を観察することができ、また、図2中(b)に示すように、交差したPB相を含む灰色の相(PS相)からなる平行のパターンを観察することができた。このことから、本実施例で用いたトリブロック共重合体の基本構造はシリンダー構造であることが判った。
FIG. 2 is a diagram showing the results of TEM observation of the film obtained in this example. Since dyeing is performed with OsO 4 , the black phase is the PB phase, the gray phase is the PS phase, and the whitest phase (matrix) is the PMMA phase. As shown in FIG. 2 (a), the can be observed are arranged in a hexagonal lattice (hexagonal to the packing) ¥ shaped gray phase (internal PS phase, circular black PB phase) Further, as shown in FIG. 2B, a parallel pattern composed of a gray phase (PS phase) including crossed PB phases could be observed. From this, it was found that the basic structure of the triblock copolymer used in this example was a cylinder structure.

図3は本実施例で得られた膜の3次元再構成の結果を示す図である。図3中、x及びyで示す相は共にPB相である。図3より、xで示すPB相とyで示すPB相とは互いに交わることのない、左巻きの2重らせんを持つシリンダー構造を形成していることが判る。   FIG. 3 is a diagram showing the result of three-dimensional reconstruction of the film obtained in this example. In FIG. 3, the phases indicated by x and y are both PB phases. It can be seen from FIG. 3 that the PB phase indicated by x and the PB phase indicated by y form a cylinder structure having a left-handed double helix that does not cross each other.

らせんのピッチは60nm、シリンダー相に対するらせんの傾斜角度は40°、PB相の直径は13nm、らせん構造の外径は40nmであった。この2重らせん構造は、本試料のすべての領域で確認でき、過去に報告された4重らせん構造は全く形成されていなかった。さらに、左巻きのらせん構造だけでなく、右巻きのらせん構造や、1つのらせん構造中で巻き方向が変化しているものも確認できた。   The pitch of the helix was 60 nm, the inclination angle of the helix with respect to the cylinder phase was 40 °, the diameter of the PB phase was 13 nm, and the outer diameter of the helix structure was 40 nm. This double helix structure could be confirmed in all regions of this sample, and the quadruple helix structure reported in the past was not formed at all. Furthermore, not only the left-handed spiral structure, but also the right-handed spiral structure and the one in which the winding direction was changed in one spiral structure were confirmed.

図5は、本実施例で得られた膜の膜表面における断面図である。図中(a)で示されるTEM像は、ガラスシャーレ内に形成された膜の空気(図中「Air surface」と表示)に接する側の表面近傍の断面を示す。図中(a)で示されるTEM像から判るように、空気と接する表面では、上記シリンダー構造(及び、らせん構造の中心軸)は、空気に接する側の膜表面から、膜の内部に向かって、少なくとも一部で膜表面に対して略垂直に配向していることが観察された。また、図中(b)で示されるTEM像は、ガラスシャーレ内に形成された膜のガラスシャーレ(「Grass surface」と表示)に接する側の表面近傍の断面を示す。図中(b)で示されるTEM像から判るように、ガラスシャーレと接する表面でも、上記シリンダー構造(およびらせん構造の中心軸)は、ガラスシャーレに接する側の膜表面から、膜の内部に向かって、少なくとも一部で膜表面に対して略垂直に配向していることが観察された。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the film surface of the film obtained in this example. The TEM image shown by (a) in the figure shows a cross section near the surface of the film formed in the glass petri dish on the side in contact with air (indicated as “Air surface” in the figure). As can be seen from the TEM image shown in (a) in the figure, on the surface in contact with air, the cylinder structure (and the central axis of the spiral structure) is directed from the film surface on the side in contact with air toward the inside of the film. It was observed that at least part of the film was oriented substantially perpendicular to the film surface. In addition, the TEM image shown in (b) in the drawing shows a cross section near the surface on the side in contact with the glass petri dish (labeled “Grass surface”) of the film formed in the glass petri dish. As can be seen from the TEM image shown in (b) in the figure, the cylinder structure (and the central axis of the spiral structure) also faces the inside of the film from the film surface on the side in contact with the glass petri dish even on the surface in contact with the glass petri dish. Thus, it was observed that at least part of the film was oriented substantially perpendicular to the film surface.

〔実施例3:ナノメートルオーダーの膜厚を有する膜の製造〕
実施例1で得られたポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレートをクロロホルムに0.4wt%となるように溶解してトリブロック共重合体のクロロホルム溶液を得た。このトリブロック共重合体溶液を、雲母基板上に滴下後、回転速度4000rpmで、2分間、スピンコーターにより雲母基板を回転させて、トリブロック共重合体溶液を雲母基板上に均一に塗布すると同時にクロロホルムを蒸発させて薄膜を作成した。この薄膜を室温で4日間クロロホルム蒸気に曝すことにより、トリブロック共重合体を配列させ、OsO溶液の蒸気に曝すことによってPB相を染色した。染色した薄膜は水面を使って雲母基板から剥離させ、TEM観察用銅グリッドに転写し、実施例2と同様にしてTEM観察を行った。なお、得られた薄膜の膜厚は30nmであった。
[Example 3: Production of a film having a thickness of nanometer order]
The polystyrene-polybutadiene-polymethyl methacrylate obtained in Example 1 was dissolved in chloroform so as to be 0.4 wt% to obtain a chloroform solution of a triblock copolymer. After the triblock copolymer solution is dropped on the mica substrate, the mica substrate is rotated by a spin coater at a rotation speed of 4000 rpm for 2 minutes, and the triblock copolymer solution is uniformly applied on the mica substrate. Chloroform was evaporated to form a thin film. The triblock copolymer was aligned by exposing this thin film to chloroform vapor at room temperature for 4 days, and the PB phase was stained by exposing it to the vapor of an OsO 4 solution. The dyed thin film was peeled from the mica substrate using the water surface, transferred to a copper grid for TEM observation, and subjected to TEM observation in the same manner as in Example 2. In addition, the film thickness of the obtained thin film was 30 nm.

図4は、本実施例で得られた膜の表面をTEMにより観察した結果を示す図である。OsOにより染色を行っているため、黒い相がPB相、灰色の相がPS相、白い相(マトリックス)がPMMA相であるが、図4では、PB相とPS相とがともに黒く見えている。図4中スケールバーは、2μmを示す。図4に示すように、ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレート膜のらせん構造およびシリンダー構造を含むミクロ相分離構造は、観察した領域の全部分で六方格子状に配列されていることが確認された。また、本実施例で得られた膜の3次元再構成の結果より、PB相は2重らせんを形成していることが判った。 FIG. 4 is a diagram showing the results of TEM observation of the surface of the film obtained in this example. Since dyeing is performed with OsO 4 , the black phase is the PB phase, the gray phase is the PS phase, and the white phase (matrix) is the PMMA phase. In FIG. 4, both the PB phase and the PS phase appear black. Yes. In FIG. 4, the scale bar indicates 2 μm. As shown in FIG. 4, it was confirmed that the microphase separation structure including the helical structure and the cylinder structure of the polystyrene-polybutadiene-polymethylmethacrylate film was arranged in a hexagonal lattice pattern in the entire observed region. Further, from the result of the three-dimensional reconstruction of the film obtained in this example, it was found that the PB phase formed a double helix.

また、本実施例で得られた膜では、上記シリンダー構造(およびらせん構造の中心軸)は、上記膜の一方の表面から反対側の表面までの全体にわたって膜表面に対して垂直に配向しているとともに、垂直に配向している部分の配向角度の乱れの絶対値が20°未満であることが確認された。   In the film obtained in this example, the cylinder structure (and the central axis of the helical structure) is oriented perpendicular to the film surface over the entire surface from one surface of the film to the opposite surface. In addition, it was confirmed that the absolute value of the disorder of the orientation angle of the vertically oriented portion was less than 20 °.

〔実施例4:ナノメートルオーダーの膜厚を有する膜の製造〕
実施例1で得られたポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレートをクロロホルムに0.8wt%となるように溶解してトリブロック共重合体のクロロホルム溶液を得た。このトリブロック共重合体溶液を、雲母基板上に滴下後、回転速度4000rpmで、2分間、スピンコーターにより雲母基板を回転させて、トリブロック共重合体溶液を雲母基板上に均一に塗布すると同時にクロロホルムを蒸発させて薄膜を作成した。この薄膜を室温で4日間クロロホルム蒸気に曝すことにより、トリブロック共重合体を配列させ、OsO溶液の蒸気に曝すことによってPB相を染色した。染色した薄膜は水面を使って雲母基板から剥離させ、TEM観察用銅グリッドに転写し、実施例2と同様にしてTEM観察を行った。なお、得られた薄膜の膜厚は約80nmであった。
[Example 4: Production of a film having a thickness of nanometer order]
The polystyrene-polybutadiene-polymethyl methacrylate obtained in Example 1 was dissolved in chloroform at 0.8 wt% to obtain a chloroform solution of a triblock copolymer. After the triblock copolymer solution is dropped on the mica substrate, the mica substrate is rotated by a spin coater at a rotation speed of 4000 rpm for 2 minutes, and the triblock copolymer solution is uniformly applied on the mica substrate. Chloroform was evaporated to form a thin film. The triblock copolymer was aligned by exposing this thin film to chloroform vapor at room temperature for 4 days, and the PB phase was stained by exposing it to the vapor of an OsO 4 solution. The dyed thin film was peeled from the mica substrate using the water surface, transferred to a copper grid for TEM observation, and subjected to TEM observation in the same manner as in Example 2. The obtained thin film had a thickness of about 80 nm.

図6及び図7は、本実施例で得られた膜の表面をTEMにより観察した結果を示す図である。図6中スケールバーは1μmを、図7中スケールバーは2μmを示す。図6中、黒い相がPB相、灰色の相がPS相、白い相(マトリックス)がPMMA相である。図7では、PB相とPS相とがともに黒く見えている。図6、7に示すように、ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレート膜のらせん構造およびシリンダー構造を含むミクロ相分離構造は、観察した領域の全部分で六方格子状に配列されていることが確認された。また、本実施例で得られた膜の3次元再構成の結果より、PB相は2重らせんを形成していることが判った。   6 and 7 are diagrams showing the results of TEM observation of the surface of the film obtained in this example. The scale bar in FIG. 6 indicates 1 μm, and the scale bar in FIG. 7 indicates 2 μm. In FIG. 6, the black phase is the PB phase, the gray phase is the PS phase, and the white phase (matrix) is the PMMA phase. In FIG. 7, both the PB phase and the PS phase appear black. As shown in FIGS. 6 and 7, it was confirmed that the microphase separation structure including the helical structure and the cylinder structure of the polystyrene-polybutadiene-polymethyl methacrylate film was arranged in a hexagonal lattice pattern in the entire observed region. It was. Further, from the result of the three-dimensional reconstruction of the film obtained in this example, it was found that the PB phase formed a double helix.

また、図9は、本実施例で得られた膜の断面図である。図9に示すように、本実施例で得られた膜では、上記シリンダー構造(およびらせん構造の中心軸)は、上記膜の一方の表面から反対側の表面までの全体にわたって膜表面に対して垂直に配向しているとともに、垂直に配向している部分の配向角度の乱れの絶対値が20°未満であることが確認された。   FIG. 9 is a cross-sectional view of the film obtained in this example. As shown in FIG. 9, in the film obtained in this example, the cylinder structure (and the central axis of the helical structure) is in relation to the film surface over the entire surface from one surface to the opposite surface of the film. It was confirmed that the absolute value of the disorder of the orientation angle of the vertically oriented portion was less than 20 ° while being vertically oriented.

〔実施例5:ナノメートルオーダーの膜厚を有する膜の製造〕
実施例1で得られたポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレートをクロロホルムに1.6wt%となるように溶解してトリブロック共重合体のクロロホルム溶液を得た。このトリブロック共重合体溶液を、雲母基板上に滴下後、回転速度4000rpmで、2分間、スピンコーターにより雲母基板を回転させて、トリブロック共重合体溶液を雲母基板上に均一に塗布すると同時にクロロホルムを蒸発させて薄膜を作成した。この薄膜を室温で4日間クロロホルム蒸気に曝すことにより、トリブロック共重合体を配列させ、OsO溶液の蒸気に曝すことによってPB相を染色した。染色した薄膜は水面を使って雲母基板から剥離させ、TEM観察用銅グリッドに転写し、実施例2と同様にしてTEM観察を行った。なお、得られた薄膜の膜厚は120nmであった。
[Example 5: Production of a film having a thickness of nanometer order]
The polystyrene-polybutadiene-polymethyl methacrylate obtained in Example 1 was dissolved in chloroform at 1.6 wt% to obtain a chloroform solution of a triblock copolymer. After the triblock copolymer solution is dropped on the mica substrate, the mica substrate is rotated by a spin coater at a rotation speed of 4000 rpm for 2 minutes, and the triblock copolymer solution is uniformly applied on the mica substrate. Chloroform was evaporated to form a thin film. The triblock copolymer was aligned by exposing this thin film to chloroform vapor at room temperature for 4 days, and the PB phase was stained by exposing it to the vapor of an OsO 4 solution. The dyed thin film was peeled from the mica substrate using the water surface, transferred to a copper grid for TEM observation, and subjected to TEM observation in the same manner as in Example 2. The film thickness of the obtained thin film was 120 nm.

図8は、本実施例で得られた膜の表面をTEMにより観察した結果を示す図である。図8中スケールバーは2μmを示す。図8中、黒い相がPB相、灰色の相がPS相、白い相(マトリックス)がPMMA相であるが、PB相とPS相とがともに黒く見えている。図8に示すように、ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレート膜のらせん構造およびシリンダー構造を含むミクロ相分離構造は、観察した領域の全部分で六方格子状に配列されていることが確認された。また、本実施例で得られた膜の3次元再構成の結果より、PB相は2重らせんを形成していることが判った。   FIG. 8 is a diagram showing the results of TEM observation of the surface of the film obtained in this example. In FIG. 8, the scale bar indicates 2 μm. In FIG. 8, the black phase is the PB phase, the gray phase is the PS phase, and the white phase (matrix) is the PMMA phase, but both the PB phase and the PS phase appear black. As shown in FIG. 8, it was confirmed that the microphase separation structure including the helical structure and the cylinder structure of the polystyrene-polybutadiene-polymethylmethacrylate film was arranged in a hexagonal lattice pattern in the entire observed region. Further, from the result of the three-dimensional reconstruction of the film obtained in this example, it was found that the PB phase formed a double helix.

また、本実施例で得られた膜では、上記シリンダー構造(およびらせん構造の中心軸)は、上記膜の一方の表面から反対側の表面までの全体にわたって膜表面に対して垂直に配向しているとともに、垂直に配向している部分の配向角度の乱れの絶対値が20°未満であることが確認された。   In the film obtained in this example, the cylinder structure (and the central axis of the helical structure) is oriented perpendicular to the film surface over the entire surface from one surface of the film to the opposite surface. In addition, it was confirmed that the absolute value of the disorder of the orientation angle of the vertically oriented portion was less than 20 °.

〔実施例6:ポリマーブロックAをブレンドすることによるらせん構造の外径およびピッチの制御〕
実施例1で得られたポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレートに、ポリスチレン(Mn=8400、Mw/Mn=1.03)を、ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレートとポリスチレンとの合計量に対してポリスチレンの重量分率が30%となるようにブレンドした。クロロホルムに、ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレートとポリスチレンとが合計で5wt%となるように溶解してクロロホルム溶液を得た。このクロロホルム溶液をガラスシャーレに滴下し、室温で24時間かけて溶媒を蒸発させて、膜厚1000μmのフィルムを得た。作成したフィルムについて実施例2と同様にしてTEM観察を行った。
[Example 6: Control of outer diameter and pitch of helical structure by blending polymer block A]
Polystyrene (Mn = 8400, Mw / Mn = 1.03) was added to the polystyrene-polybutadiene-polymethyl methacrylate obtained in Example 1, and the polystyrene was added to the total amount of polystyrene-polybutadiene-polymethyl methacrylate and polystyrene. Blending was performed so that the weight fraction was 30%. In chloroform, polystyrene-polybutadiene-polymethylmethacrylate and polystyrene were dissolved so that the total amount was 5 wt% to obtain a chloroform solution. This chloroform solution was dropped into a glass petri dish, and the solvent was evaporated at room temperature for 24 hours to obtain a film having a thickness of 1000 μm. The prepared film was observed by TEM in the same manner as in Example 2.

図11に、本実施例で得られた膜をTEMにより観察した結果を、実施例2で得られた膜をTEMにより観察した結果と併せて示す。図11中、(a)は実施例2で得られた膜をTEMにより観察した結果を、(b)はポリスチレン−ポリブタジエン−ポリメチルメタクリレートとポリスチレンとのブレンドを用いて得られた膜をTEMにより観察した結果を示す。   FIG. 11 shows the result of observing the film obtained in this example with TEM, together with the result of observing the film obtained in Example 2 with TEM. In FIG. 11, (a) shows the result of observing the film obtained in Example 2 by TEM, and (b) shows the film obtained by using a blend of polystyrene-polybutadiene-polymethyl methacrylate and polystyrene by TEM. The observation result is shown.

図11に示すように、(a)に示される膜におけるらせんのピッチ及びらせん構造の外径はそれぞれ60nm及び40nmであるのに対し、(b)に示される膜におけるらせんのピッチ及びらせん構造の外径はそれぞれ52nm及び60nmであった。本実施例より、らせん構造のコアとなるシリンダー構造を形成するポリスチレン相に、ポリスチレンをブレンドすることでらせんのピッチが狭くなり、らせん構造の外径が広くなることが判った。   As shown in FIG. 11, the helical pitch and the outer diameter of the helical structure in the film shown in (a) are 60 nm and 40 nm, respectively, whereas the helical pitch and the helical structure in the film shown in (b) are The outer diameter was 52 nm and 60 nm, respectively. From this example, it was found that by blending polystyrene with the polystyrene phase forming the cylinder structure that becomes the core of the helical structure, the helical pitch becomes narrower and the outer diameter of the helical structure becomes wider.

本発明は、らせん構造を有するナノ構造材料、ナノポーラス材料、ナノスタンプ、ナノらせん等や、これらを利用するの各種加工品や機器などの応用分野に好適に利用することができる。より具体的な応用分野としては特に超高周波領域の電磁波吸収材料、センサー、アンテナ、高機能分離膜や電解質膜等の高性能膜、偏光板保護フィルム(垂直配向)等として幅広い用途への利用が可能と考えられる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used in application fields such as a nanostructure material having a spiral structure, a nanoporous material, a nano stamp, a nano helix, and the like, and various processed products and devices using these. More specific application fields include electromagnetic wave absorbing materials in the ultra-high frequency region, sensors, antennas, high-performance membranes such as high-performance separation membranes and electrolyte membranes, and polarizing plate protective films (vertical alignment). It seems possible.

また、電磁波吸収材料を用いた電子レンジ、無線LAN、携帯電話や、電解質膜を用いた燃料電池に応用することができ非常に有用である。   Further, it can be applied to a microwave oven, a wireless LAN, a mobile phone using an electromagnetic wave absorbing material, and a fuel cell using an electrolyte membrane, which is very useful.

本発明にかかるナノ構造材料を模式的に表す図である。It is a figure which represents typically the nanostructure material concerning this invention. 実施例で得られた膜のTEM観察の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the TEM observation of the film | membrane obtained in the Example. 本発明にかかるナノ構造材料を透過型電子顕微鏡内で傾斜させ、様々な角度で透過像を取得し3次元再構成を行って得た結果を示す図である。It is a figure which shows the result obtained by inclining the nanostructure material concerning this invention within a transmission electron microscope, acquiring a transmission image at various angles, and performing three-dimensional reconstruction. 実施例で得られた膜のTEM観察の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the TEM observation of the film | membrane obtained in the Example. 実施例で得られた膜の膜表面における断面図である。It is sectional drawing in the film | membrane surface of the film | membrane obtained in the Example. 実施例で得られた膜の表面をTEMにより観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the surface of the film | membrane obtained in the Example by TEM. 実施例で得られた膜の表面をTEMにより観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the surface of the film | membrane obtained in the Example by TEM. 実施例で得られた膜の表面をTEMにより観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the surface of the film | membrane obtained in the Example by TEM. 実施例で得られた膜の断面をTEMにより観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the cross section of the film | membrane obtained in the Example by TEM. 「配向角度の乱れの絶対値」を示す図である。It is a figure which shows "the absolute value of disorder of an orientation angle." 実施例で得られた膜をTEMにより観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the film | membrane obtained in the Example by TEM.

Claims (17)

第1のポリマーブロックAと、該ポリマーブロックAと共有結合している第2のポリマーブロックBと、該ポリマーブロックBと共有結合している第3のポリマーブロックCとからなるABC−トリブロック共重合体を含み、ミクロ相分離したナノ構造材料であって、ポリマーブロックCからなる相をマトリックスとして、ポリマーブロックAからなる相が、シリンダー構造を有しており、ポリマーブロックBからなる相が、当該シリンダー構造をコアとして、その周囲にまきついているらせん構造を有しているナノ構造材料の製造方法であって、
ポリマーブロックA、ポリマーブロックB、及び、ポリマーブロックCはアキラルであり、
当該ABC−トリブロック共重合体におけるポリマーブロックAの重量分率が17%以上26%未満であり、ポリマーブロックBの重量分率が4%以上12%未満であり、ポリマーブロックCの重量分率が63%以上79%未満であるとともに、
ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAB、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχBC、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAC、としたときに、χBC>χAB>χACを満たすABC−トリブロック共重合体を溶媒に溶解する工程と、
得られたABC−トリブロック共重合体の溶液を用いて上記ブロック共重合体を含む膜を形成する膜形成工程と、
上記膜から溶媒を除去してミクロ相分離構造を発現させる工程と、
を含むことを特徴とするナノ構造材料の製造方法。
An ABC-triblock copolymer comprising a first polymer block A, a second polymer block B covalently bonded to the polymer block A, and a third polymer block C covalently bonded to the polymer block B. A nanostructured material containing a polymer and microphase-separated, wherein the phase consisting of polymer block C is a matrix, the phase consisting of polymer block A has a cylinder structure, and the phase consisting of polymer block B is A method for producing a nanostructured material having a helical structure around the cylinder structure as a core,
Polymer block A, polymer block B, and polymer block C are achiral,
The weight fraction of polymer block A in the ABC-triblock copolymer is 17% or more and less than 26%, the weight fraction of polymer block B is 4% or more and less than 12%, and the weight fraction of polymer block C Is 63% or more and less than 79%,
The interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block A and the repeating monomer constituting the polymer block B is χ AB , and the interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block B and the repeating monomer constituting the polymer block C Χ BC , and the interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block A and the repeating monomer constituting the polymer block C is χ AC , ABC-triblock satisfying χ BC > χ AB > χ AC Dissolving the copolymer in a solvent;
A film forming step of forming a film containing the block copolymer using the obtained ABC-triblock copolymer solution;
Removing the solvent from the membrane to develop a microphase separation structure;
A method for producing a nanostructured material comprising:
第1のポリマーブロックAと、該ポリマーブロックAと共有結合している第2のポリマーブロックBと、該ポリマーブロックBと共有結合している第3のポリマーブロックCとからなるABC−トリブロック共重合体を含む、ミクロ相分離したナノ構造材料であって、
ポリマーブロックA、ポリマーブロックB、及び、ポリマーブロックCはアキラルであり、
該ナノ構造材料は膜の形状を有し、
ABC−トリブロック共重合体におけるポリマーブロックAの重量分率が17%以上26%未満であり、ポリマーブロックBの重量分率が4%以上12%未満であり、ポリマーブロックCの重量分率が63%以上79%未満であるとともに、
ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAB、ポリマーブロックBを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχBC、ポリマーブロックAを構成する繰り返しモノマーと、ポリマーブロックCを構成する繰り返しモノマーとの相互作用パラメータをχAC、としたときに、χBC>χAB>χACを満たし、
ポリマーブロックCからなる相をマトリックスとして、ポリマーブロックAからなる相が、シリンダー構造を有しており、ポリマーブロックBからなる相が、当該シリンダー構造をコアとして、その周囲にまきついているらせん構造を有していることを特徴とするナノ構造材料。
An ABC-triblock copolymer comprising a first polymer block A, a second polymer block B covalently bonded to the polymer block A, and a third polymer block C covalently bonded to the polymer block B. A microphase-separated nanostructured material comprising a polymer,
Polymer block A, polymer block B, and polymer block C are achiral,
The nanostructured material has a membrane shape;
The weight fraction of polymer block A in the ABC-triblock copolymer is 17% or more and less than 26%, the weight fraction of polymer block B is 4% or more and less than 12%, and the weight fraction of polymer block C is 63% or more and less than 79%,
The interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block A and the repeating monomer constituting the polymer block B is χ AB , and the interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block B and the repeating monomer constituting the polymer block C Is χ BC , and the interaction parameter between the repeating monomer constituting the polymer block A and the repeating monomer constituting the polymer block C is χ AC , χ BC > χ AB > χ AC is satisfied,
A phase consisting of polymer block C is used as a matrix, a phase consisting of polymer block A has a cylindrical structure, and a phase consisting of polymer block B has a helical structure around the cylinder structure as a core. Nanostructured material characterized by having.
ポリマーブロックAからなるシリンダー構造は、上記膜の一方の表面から反対側の表面に向かって貫通しており、膜表面の一部を構成するシリンダー構造の端部を含むシリンダー構造の少なくとも一部が膜表面に対して垂直に配向しているとともに、垂直に配向している部分の配向角度の乱れの絶対値が45°未満であることを特徴とする請求項2に記載のナノ構造材料。   The cylinder structure composed of the polymer block A penetrates from one surface of the membrane toward the opposite surface, and at least a part of the cylinder structure including an end portion of the cylinder structure constituting a part of the membrane surface is provided. The nanostructured material according to claim 2, wherein the nanostructured material is oriented perpendicularly to the film surface, and the absolute value of the disorder of the orientation angle of the vertically oriented part is less than 45 °. 1000nm未満の膜厚を有することを特徴とする請求項2又は3に記載のナノ構造材料。   The nanostructured material according to claim 2 or 3, wherein the nanostructured material has a film thickness of less than 1000 nm. 上記シリンダー構造は、上記膜の一方の表面から反対側の表面までの全体にわたって膜表面に対して垂直に配向しているとともに、垂直に配向している部分の配向角度の乱れの絶対値が45°未満であることを特徴とする請求項4に記載のナノ構造材料。   The cylinder structure is oriented perpendicular to the film surface over the entire surface from one surface to the opposite surface of the film, and the absolute value of the disorder of the orientation angle of the vertically oriented portion is 45. The nanostructured material according to claim 4, wherein the nanostructured material is less than 0 °. 1μm以上1000μm以下の膜厚を有することを特徴とする請求項2又は3に記載のナノ構造材料。   The nanostructured material according to claim 2 or 3, wherein the nanostructured material has a film thickness of 1 µm or more and 1000 µm or less. 上記らせん構造は、二重らせん構造であることを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載のナノ構造材料。   The nanostructured material according to any one of claims 2 to 6, wherein the helical structure is a double helical structure. 上記ABC−トリブロック共重合体の重量平均分子量は10,000以上1,000,000以下であることを特徴とする請求項2〜のいずれか1項に記載のナノ構造材料。 The nanostructured material according to any one of claims 2 to 7 , wherein the ABC-triblock copolymer has a weight average molecular weight of 10,000 or more and 1,000,000 or less. 上記シリンダー構造は、六方格子に配列していることを特徴とする請求項2〜のいずれか1項に記載のナノ構造材料。 The nanostructure material according to any one of claims 2 to 8 , wherein the cylinder structures are arranged in a hexagonal lattice pattern . 上記シリンダー構造の中心間の距離は、10nm以上300nm以下であることを特徴とする請求項2〜のいずれか1項に記載のナノ構造材料。 The nanostructure material according to any one of claims 2 to 9 , wherein a distance between centers of the cylinder structures is 10 nm or more and 300 nm or less. 上記らせん構造の外径は、5nm以上150nm以下であることを特徴とする請求項2〜10のいずれか1項に記載のナノ構造材料。 The outer diameter of the helical structure, the nanostructured material according to any one of claims 2-10, characterized in that at 5nm or 150nm or less. さらに基板を含み、当該基板上に、上記膜が形成されていることを特徴とする請求項2〜11のいずれか1項に記載のナノ構造材料。 The nanostructure material according to any one of claims 2 to 11 , further comprising a substrate, wherein the film is formed on the substrate. 請求項2〜12のいずれか1項に記載のナノ構造材料におけるABC−トリブロック共重合体のポリマーブロックBからなる相が分解又は溶解によって除去されてなるナノポーラス材料。 A nanoporous material obtained by removing the phase comprising the polymer block B of the ABC-triblock copolymer in the nanostructured material according to any one of claims 2 to 12 by decomposition or dissolution. 請求項13に記載のナノポーラス材料に金属、半導体、無機化合物を充填した後、ABC−トリブロック共重合体のポリマーブロックAからなる相及びポリマーブロックCからなる相を分解又は溶解することによって得られるナノスタンプ。 The nanoporous material according to claim 13 is obtained by filling a metal, a semiconductor, or an inorganic compound, and then decomposing or dissolving the phase composed of the polymer block A and the phase composed of the polymer block C of the ABC-triblock copolymer. Nano stamp. 請求項2〜12のいずれか1項に記載のナノ構造材料におけるABC−トリブロック共重合体のポリマーブロックAからなる相及びポリマーブロックCからなる相が分解または溶解によって除去されてなるナノらせん。 A nanohelix in which the phase composed of the polymer block A and the phase composed of the polymer block C of the ABC-triblock copolymer in the nanostructured material according to any one of claims 2 to 12 is removed by decomposition or dissolution. 上記ポリマーブロックAの重量分率を変化させることにより、上記らせん構造の外径及びピッチを変化させることを特徴とする請求項1に記載のナノ構造材料の製造方法。   The method for producing a nanostructured material according to claim 1, wherein the outer diameter and pitch of the helical structure are changed by changing the weight fraction of the polymer block A. 上記ポリマーブロックBの重量分率を変化させることにより、上記らせん構造の線径を変化させることを特徴とする請求項1又は16に記載のナノ構造材料の製造方法。
The method for producing a nanostructured material according to claim 1 or 16 , wherein the wire diameter of the helical structure is changed by changing the weight fraction of the polymer block B.
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