RADIOISOTOPES

Online ISSN: 1884-4111 Print ISSN: 0033-8303
RADIOISOTOPESは日本アイソトープ協会が発行する学術論文誌です
Radioisotopes 66(11): 579-585 (2017)
doi:10.3769/radioisotopes.66.579

特集Special Issues

23 “Rays”から“Ray”へ—イオンビームを用いた微細機能性材料開発—23 From “Rays” to “Ray”—Development of Functional Nanomaterials Using Ion Beams—

京都大学大学院工学研究科分子工学専攻Department of Molecular Engineering, Graduate School of Engineering, Kyoto University ◇ 615–8510 京都府京都市西京区京都大学桂 ◇ Nishikyo-ku, Kyoto 615–8510, Japan

発行日:2017年11月15日Published: November 15, 2017
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放射線によるポリマー材料の形状制御は,比較的簡便に非常に精度の高い加工が可能であるという点で,近年のナノ材料創製の中核技術の一つとしての地位を固めつつある。一方でポリマー材料の形状をナノメートルスケールで制御するという考え方・技術の歴史は古く,ポリマーの分子のサイズや形に関する詳細な議論をベースとして,放射線が引き起こす反応による物性の変化に関する基礎的な研究は,その発端が20世紀中盤までさかのぼる。さまざまに形を変えるポリマー中の「長い鎖」は,ポリマー材料の機械的強度や熱安定性,溶解・加工性など,ポリマーの特徴・優位性のほとんどを支配するため,その統計・定量的な解析が盛んに試みられてきた。ポリマーの「大きさ」は,多くの場合,後述する慣性半径としておおよそ数ナノメートルの領域に存在するため,単純な分子に比べてその形態やサイズの検証に適した対象であった。また,その大きさゆえ,ポリマーの形状・機能制御は,ナノ材料の創製・機能制御に直結しているといえる。反面,ナノメートルスケールの大きさを有する「ポリマー」を用いて,数~数十ナノメートルの材料を形成するという試みの難しさは想像に難くないが,ここでは放射線によるポリマーの重合・分解・架橋反応を巧みに用いて,ポリマー分子のサイズに匹敵する微細機能性材料開発に関する研究の一端について紹介する。

Radiation chemical processes has established a presence in polymerica materials processing due to their advantageous fabrication capability with uniform chemical reactions induced, size-controllability, etc. Meanwhile, there is a long history of the concept and technology of controlling the shape of polymer materials in nanometer scales. Pioneering works were reported in the middle of the 20th century, where the change of physical properties induced by radiation-induced chemical reactions was studied based on the molecular size and shape of polymers.

“Long chains” in polymers that can variously change their conformations dominantly determine the characteristics and advantages of polymer materials such as mechanical property, thermal stability, solubility and processability, and so on. Therefore, their statistical and quantitative analyses of polymer chains have been demonstrated. Since the radius of gyration for a polymer chain is in the range of several nanometers, it has been a more suitable target than a small molecule to characterize its conformation and size. Due to such nanometer-scale sizes, controlling the morphology and functions is directly linked to the development of functional nanomaterials. On the other hand, it is easy to imagine the difficulty in fabricating polymers into nanomaterials with a size of several to tens of nanometers. In this article, a part of our studies on the novel nano-fabrication techniques is introduced, utilizing polymerization, degradation, and cross-linking reactions induced by irradiations.

Key words: cross-linking; charged particle; nanogel; nanowire; polymerization; single particle nanofabrication technique (SPNT); single particle-triggered linear polymerization (STLiP)

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