高分子表面・界面分析法の新展開
技術者・研究者向けの書籍紹介
発刊日 2009年3月 ISBN978-4-7813-0103-7 C3054
体 裁 B5判，394頁
刊行のねらい
高分子材料は現代社会における不可欠な材料としてエレクトロニクス，医薬，バイオや工業材料全般にわたって使用されている。高分子材料の活用においてはバルク構造の制御だけでなく，極表面からナノメーター領域，マイクロメーター領域にわたる表面・界面の制御が重要となる。例えば，表面ナノメーター領域の官能基組成は，接着・濡れを決定し複合材料の性能を左右する。従って優れた表面・界面の創製にはその物性や構造を「原子・分子」の言葉で表現する精確な計測と解釈が有用となる。
過去において「高分子表面分析法」に関する書籍は刊行されているが，近年では「高分子表面・界面分析法」の実用書はほとんど発刊されていない。従って大学や企業において高分子材料開発研究や表面・界面分析に従事されている研究者向けの高分子表面・界面分析法に関する書籍発刊が望まれていた。本書は「高分子表面・界面の評価・解析方法」，「表面・界面研究への提言・機能現象の機構解析」，「高分子の表面改質・設計とトライボロジー」，「バイオとデバイスにおけるナノ界面の解明」および「電子機器分野における高分子の表面・界面」という構成になっている。
本書が読者の皆様の研究や実務に寄与できることを期待しております。
（「はじめに」より）
群馬大学大学院 工学研究科 非常勤講師（前・出光興産（株）） 西岡利勝
書籍の内容
第1章 高分子表面・界面分析技術の概論と今後の展望
1. はじめに
2. 表面分析手法（ESCA，TOF-SIMS，SPM）
2.1 X線光電子分光法（ESCA）
2.2 飛行時間型二次イオン質量分析法（TOF-SIMS）
2.3 走査型プローブ顕微鏡（SPM）
2.4 関連技術
2.5 標準試料・実用試料とスペクトルシミュレーション
3. おわりに
【高分子表面・界面の評価・解析方法】
第2章 表面･界面分析法による材料のスペクトル解析―実測スペクトルとシミュレーションから何が分かるか―
1. はじめに
2. 量子化学及び量子分子動力学理論の概要
3. X線光電子及びオージェ電子スペクトル
3.1 気体分子のC1sスペクトル
3.2 固体効果
3.3 高分子のC1sスペクトル解析
3.4 価電子帯光電子スペクトルを用いた炭素同素体薄膜の（ダイヤモンド／グラファイト）割合の判別法
3.5 イオンビーム照射したキトサンのX線光電子スペクトルの理論的解析
3.6 第二周期元素含有物質の価電子帯光電子及びKLLオージェ電子スペクトル解析
4. 有機物質のNMRスペクトル解析
4.1 メタンハイドレートの局所構造解析
4.2 糖類のC核NMR化学シフトの量子化学計算
4.3 ポリスチレン･ポリイソプレンブロック共重合体のダイナミクス
5. 量子分子動力学法による高分子の熱分解過程
5.1 量子分子動力学法とポリマーの熱分解過程
5.2 TOF-SIMSスペクトル
第3章 X線光電子分光を用いた薄膜材料解析の最新技術と応用
1. はじめに
2. X線光電子分光法の原理
3. 解析技術と事例
3.1 化学シフトとマイクロ機能を用いた解析
3.2 薄膜内の素材分布解析
3.2.1 低角斜め切削／イメージング法
3.2.2 イオンスパッター法
3.2.3 角度分解法
3.3 理論計算を用いたピーク帰属と表面化学構造解析
4. 今後の展望
第4章 TOF-SIMSによる高分子材料の表面及び深さ方向分析
1. はじめに
2. 原理
3. TOF-SIMSの高分子材料分析への応用
3.1 一次構造（分子量，末端構造）
3.2 高次構造
3.3 添加剤の組成及び分散状態
3.4 表面処理の評価
3.5 異種高分子界面の評価
4. まとめ
第5章 凍結XPS，TOF-SIMSによる湿潤状態の高分子表面解析
1. はじめに
2. 凍結XPS
3. 凍結TOF-SIMS
4. おわりに
第6章 SPMによる高分子材料表面のモルフォロジー評価
1. はじめに
2. 走査型プローブ顕微鏡（SPM）について
2.1 SPMの装置構成
2.2 カンチレバー
2.3 試料前処理
3. SPMによる力学物性評価
3.1 マイクロ粘弾性顕微鏡（VE-AFM）
3.1.1 測定原理
3.1.2 測定事例
3.2 吸着力顕微鏡（adhesionmode）
3.2.1 測定原理
3.2.2 測定事例
3.3 共振モード位相測定（DFM/PhaseMode）
3.3.1 測定原理
3.3.2 測定事例
4. 温度制御下でのモルフォロジー観察
5. まとめ
第7章 ポリマー分子の一本鎖構造と組織化過程のAFM観察
1. はじめに
2. 原子間力顕微鏡の基礎
2.1 原子間力顕微鏡の原理
2.2 動作方式
2.3 測定技術の課題と具体的解決策
2.3.1 試料の固定方法
2.3.2 測定雰囲気・測定条件・測定方法
2.3.3 ノイズの除去方法
3. 原子間力顕微鏡を用いた高分子の観察
3.1 高分子一本鎖の観察
3.1.1 汎用合成高分子，PS-b-PMMA
3.2 高分子の組織化
3.2.1 LB法で固定した高分子二次元組織化構造
3.2.2 オレフィン系ポリマー
4. おわりに
第8章 赤外分光法による高分子材料のデプスプロファイル
1. アイソタクチックポリプロピレン（iPP）ラミネートフィルムの滑り性低下機構の解析
1.1 はじめに
1.2 実験
1.2.1 試料
1.2.2 FT-IR全反射吸収法によるフィルム表面の滑剤測定
1.2.3 XPSによるフィルム表面の滑剤測定
1.2.4 FT-IR法による滑剤と接着剤との相互作用の測定
1.2.5 フィルム表面の動摩擦力の測定
1.3 結果及び考察
1.3.1 フィルム表面の滑剤と滑り性との関係
1.3.2 滑剤と接着剤との分子間相互作用
1.4 結論
2. シンクロトロン放射光を光源とした顕微赤外イメージングによるハイ・インパクトポリプロピレン粒子内のエチレン-プロピレン共重合体の組成分布解析
2.1 はじめに
2.2 触媒Cを用いて気相重合法により合成されたhiPPパウダーのエチレン濃度分布
2.3 SPring-8における触媒Cを用いて気相重合法により製造されたhiPPパウダーのエチレン濃度分布
2.4 リニアアレイ検出器を搭載した顕微FT-IR装置によるイメージング測定
第9章 赤外・ラマン分光法による高分子材料の表面解析
1. はじめに
2. 生体適合性高分子の水和構造の評価
3. 生分解性高分子薄膜の結晶配向
4. ラマンマッピング法を用いた高分子の表面解析
5. おわりに
第10章 光学顕微鏡・電子顕微鏡を用いた三次元可視化技術
1. はじめに
2. 三次元樹脂断面観察（3D/N-ARC）法
2.1 ポリアミド樹脂成形品ゲート付近の樹脂流れ
2.2 ポリアミド樹脂の熱板溶着界面
3. 収束イオンビーム（FIB）／走査型電子顕微鏡（SEM）
3.1 ポリプロピレン（PP）樹脂中のシリカ粒子の分散状態
3.2 変性SEBS/PPブレンド中の炭酸カルシウム（CaCO3）の分散状態
4. 三次元透過型電子顕微鏡（3D-TEM）
4.1 加硫天然ゴム中のカーボンブラック（CB）の凝集・分散構造と物性
4.2 各種CBの表面特性とCB充てんゴムの熱的性質
5. おわりに
第11章 近接場光学顕微鏡による高分子薄膜・表面領域のナノ空間観察
1. はじめに
2. 近接場光学顕微鏡
3. 高分子材料の構造解析
3.1 単一高分子鎖の直接観察
3.2 高分子超薄膜の相分離
4. 延伸下における単一高分子鎖レベル変形挙動
5. おわりに
第12章 陽電子消滅法による高分子の研究
1. はじめに
2. 陽電子消滅法の原理
2.1 陽電子の寿命
2.2 消滅γ線のドップラー拡がりと角度相関
3. 実験法
3.1 高エネルギー陽電子による陽電子消滅測定
3.2 低速陽電子ビームによる測定
4. 陽電子消滅法の高分子への応用例
5. まとめ
第13章 高輝度放射光X線による微小部分析技術の開発とその応用
1. はじめに
2. シンクロトロン放射光の特徴
3. 微小部分析用プローブとしての放射光X線
4. 放射光マイクロビームX線回折
5. おわりに
【表面・界面研究への提言・機能現象の機構解析】
第14章 異種固体界面におけるガラス転移温度
1. 緒言
2. 実験
3. 結果および考察
3.1 蛍光ダイナミクスの膜厚依存性
3.1.1 蛍光強度
3.1.2 蛍光寿命
3.1.3 蛍光偏光解消
3.2 界面ガラス転移温度とその深さ依存性
3.2.1 界面ガラス転移温度
3.2.2 深さ依存性
3.2.3 分子量依存性
3.2.4 膜厚依存性
4. 結言
第15章 異種高分子界面のナノ構造解析と材料物性
1. はじめに
2. 界面厚み
2.1 分光学的手法
2.2 形態学的手法
3. 反応系高分子―高分子界面
4. 界面構造と接着性
5. おわりに
第16章 フィラーの形状制御および成形体の構造制御による複合材料の高性能化
1. はじめに
2. フィラー形状と複合材料物性
3. GF強化樹脂の形状制御（繊維長制御）
4. GF強化樹脂の形状制御（断面形状の制御）
5. GFの特性を活用した成形体の構造制御
6. 界面を活用した成形体の構造制御
7. まとめ
第17章 固体基板近傍における高分子材料のマルチスケール解析
1. はじめに
2. 固体基板に対する高分子鎖の相互作用
3. ナノスケールにおけるゴム球の引き剥がしのダイナミクス
4. ミクロンスケールにおけるゴム球の引き剥がしのダイナミクス
5. ミクロとマクロのスケールにおける関係
6. おわりに
第18章 高分子機能界面の複合解析から形成過程の動的解析へ
1. はじめに
2. 21世紀の界面課題ソリューション
3. 印刷産業の界面課題ソリューションの蓄積
3.1 1〜10nm深さ領域の機能発現
3.1.1 UV硬化保護膜の表面滑り不良対策例
3.1.2 昇華転写用受像紙の離型性能の安定化
3.2 1nmより浅い領域の機能の重要性
3.2.1 液晶カラーフィルター表示不良改善事例
3.2.2 帯電防止剤の最表面分布の複合解析例
3.2.3 半導体，バイオ関連の極表面解析
4. 分析のソリューションフロー
5. 熟練者の眼線で“見る”⇒“知る”を科学の目で追跡する
5.1 人を知るようにモノを知る
5.2 “見る”技術の発展でモノの“動きを知る”⇒“操る”
5.3 ナノ領域で起きる微細な挙動は次に起きる大きな動きを左右する
5.4 乾燥工程で起きるナノからマクロへの構造発展挙動を“知る”⇒“操る”
5.5 材料とプロセスのハーモニーでモノを“操る”
6. ソリューション感性の育み
6.1 ソリューションパワーを引き出すビジュアル化
6.2 “七み”を使ってよく“みる”
7. 現場の“手応え感”をナノレベルからの構造発展までに拡張する「動的計測技術」の開発へ
8. 21世紀のモノづくりの発展とサイエンスイノベーションに向けて
8.1 ものづくりを支える現場の感性の大切さ
8.2 平衡論からダイナミクスへのサイエンス…イノベーション
8.3 感性とサイエンスのハーモニー
第19章 大気圧低温プラズマジェットによる薄膜生成
1. はじめに
2. 大気圧プラズマジェットの発生方法
2.1 OpenairTMプラズマトーチ
2.2 CPPLATプラズマトーチ
3. CVDへの応用
3.1 OpenairTMによるCVD
3.2 CAPPLATによるCVD
4. おわりに
【高分子の表面改質・設計とトライボロジー】
第20章 高分子のトライボロジー特性―基礎から最新動向まで
1. トライボロジーの基礎
1.1 トライボロジーの歩み
1.2 接触面の変形
1.3 摩擦
1.3.1 すべり摩擦
1.3.2 ころがり摩擦
1.4 摩耗
1.4.1 比摩耗量
1.4.2 限界PV値
2. 高分子のトライボロジー
2.1 従来の研究
2.1.1 高分子材料のすべり摩擦挙動
2.1.2 高分子材料の摩耗挙動
2.1.3 高分子トライボマテリアル
2.2 高分子トライボロジーのモルフォロジー研究
2.2.1 従来のモルフォロジー研究
2.2.2 カーボンレプリカ法
2.2.3 ポリエチレンの摩擦・摩耗表面
2.2.4 アイソタクチックポリプロピレン（PP）
2.2.5 ポリマーアロイ
2.2.6 架橋高分子材料
2.3 ハイブリッド歯車
3. おわりに
第21章 濃厚ポリマーブラシのトライボロジー
1. 濃厚ブラシとは
2. ブラシ合成
3. ブラシ構造と立体斥力
4. ミクロトライボロジー特性
5. マクロトライボロジー特性
6. おわりに
第22章 高分子ゲルの表面滑り摩擦
1. ゲルの摩擦と固体摩擦の違い
2. ゲル摩擦の吸着・反発モデル
2.1 反発系
2.1.1 反発界面での溶媒層の厚さ
2.1.2 せん断摩擦力
2.2 吸着系
2.2.1 吸着の分子モデル（弱い吸着相互作用の場合）
2.2.2 吸着の連続体モデル（強い吸着相互作用）
3. 摩擦基板の親・疎水性（吸着の強さ）の効果
3.1 測定系について
3.2 親水性の強さの異なる基板に対するゲルの摩擦
4. 高分子溶液中でのゲルの摩擦
5. まとめ
第23章 ナノスケールの表面形状と凝着力及び摩擦力との関係
1. はじめに
2. 集束イオンビーム（FIB）を利用した突起配列の作製
3. 突起配列上への単分子膜の形成
4. AFMを利用した摩擦力の測定方法
5. 突起配列上の引離し力と摩擦力
5.1 摩擦力と引離し力の関係
5.2 曲率半径及びナノスケールの表面粗さと引離し力の関係
5.3 材質の影響
5.4 単分子膜被覆の影響
6. まとめ
【バイオとデバイスにおけるナノ界面の解明】
第24章 バイオマテリアルにおける有機無機界面の創製と機能発現
1. はじめに
2. ウロコのコラーゲンにみる有機・無機複合構造
2.1 原子間力顕微鏡による観察
2.2 透過型電子顕微鏡によるウロコの構造と元素分布
3. コラーゲンとアパタイトの複合ミクロ孔構造の創出とその機能
3.1 合成方法と機械物性
3.2 生体内における反応
4. おわりに
第25章 DNA二重鎖内の脱塩基空間を反応場とする遺伝子分析
1. はじめに
2. DNA高次構造の検討
3. 塩基選択性を有する蛍光リガンド
3.1 塩基選択的蛍光リガンド
3.2 置換基導入による結合能の向上
3.3 熱力学的パラメータの算出
3.4 脱塩基部位のDNA構造とリガンドへのメチル基導入の効果
3.5 蛍光応答に対する脱塩基空間隣接塩基の効果
4. 蛍光性リガンドによるSNP検出
第26章 ナノデバイス界面での超高速電子移動の解明と制御
1. はじめに
2. 実験
2.1 フェムト秒過渡吸収分光システム
2.2 フェムト秒過渡吸収顕微分光システム
2.3 試料
2.3.1 酸化チタン光触媒ナノ粒子膜
2.3.2 色素増感半導体ナノ粒子膜
2.3.3 P3HT/PCBM有機ブレンド膜
3. フェムト秒過渡吸収の測定結果と考察
3.1 酸化チタン光触媒ナノ粒子膜
3.2 色素増感半導体ナノ粒子膜
3.3 P3HT/PCBM有機ブレンド膜
4. まとめ
第27章 燃料電池の効率向上に向けた界面の役割と劣化メカニズムの解明
1. はじめに
2. 電解質膜の構造解析
3. クラスターの評価
4. 触媒層中のアイオノマーの評価
5. 排出水の分析
6. 触媒の評価
7. カーボンの評価
8. おわりに
【電子機器分野における高分子の表面・界面】
第28章 リチウムイオン二次電池における高分子表面・界面の役割
1. はじめに
2. リチウムイオン二次電池の概要
2.1 リチウムイオン二次電池とは
2.2 リチウムイオン二次電池市場の状況
2.3 リチウムイオン二次電池の基本構成材料と構造
3. リチウムイオン二次電池のセパレータとその機能
4. リチウムイオン二次電池のバインダーとその機能
5. おわりに
