国立大学法人 東京工業大学

講義の概要とねらい

本講義では代表的なソフトマターである「⾼分⼦」が織りなす多彩な秩序構造がエントロピーを駆動力として形成されることを概説し、多様な高分子の固体における複雑な階層構造を一般的な熱力学に基づいて理解する普遍的な考え方を習得する。
まず高分子の溶液系における挙動を理解するために不可欠な高分子一本鎖の性質が、高分子固体の性質と直接結びつくことを学ぶ。これにより、希薄溶液中の高分子の慣性半径を決定する因子（持続長，排除体積効果）について理解を深め、実際の高分子試料の分子量・多分散度の計測に役立つ知識も提供する。
さらに高分子ブレンドの相分離過程で出現する散逸構造、半結晶性高分子の結晶化などを題材として、それらの秩序構造の形成機序が一般的な熱力学原理によって普遍的に理解できることを学ぶ。
鎖状高分子が集合・秩序化した高分子試料は成形加工時に配向を生じやすく、その結果として必然的に物性の異方性が生じることを学び、固体物理の原理に基づいて各種の物性値が分子の配向関数と密接に相関することを理解する。実例として、高分子試料の複屈折が2次の配向係数に比例することを導出し、同様に他の電気的，熱的，力学的な物性も配向係数の関数になること、ひいては高分子試料の物性制御には分子鎖の配向制御が重要であることを理解する。

到達目標

本講義は自身の研究で⾼分⼦科学、特にその秩序化機序の知識を必要とする学生を対象としており、 高分子に見られる特徴的な秩序構造とその形成機構の熱力学的原理を理解することを到達目標とする。
具体的には次の能⼒を修得する。
１．エントロピーの分類について説明ができる
２．高分子一本鎖の各種モデルの特徴について説明できる
３．排除体積効果と分⼦鎖の広がりの関係を理解し，分子量計測の原理を説明できる
４．Flory-Hugginsの格子モデルから得られる混合エントロピーの本質を理解する
５．棒状分子の液晶がエントロピーの均衡によって発現することを理解する
６．ブロック共重合体のミクロ相分離構造形成について，熱力学に基づいて説明できる
７．半結晶性高分子の階層構造とその形成機構を熱力学に基づいて説明できる
８．各種の物性値がテンソル量であることを理解し，高分子材料の異方性について説明ができる
９．秩序化（配向）した高分子の光学的性質の原理について説明できる

キーワード

エントロピー（並進，振動，回転，コンホメーション），溶液物性（回転半径，固有粘度，排除体積，θ状態）Flory-Hugginsの格子モデル，χパラメータ，ブロック共重合体，液晶，階層構造（結晶格子，ラメラ，球晶），融点，ガラス転移

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

授業の進め方

配布する資料に従って授業を進める。各回とも、定められた講義範囲について⼗分予習していることを前提に重要項⽬についての解説を中⼼として講義する。各講義の終了後に理解度の確認のための課題を行う。

授業計画・課題

授業時間外学修（予習・復習等）

学修効果を上げるため、教科書や配布資料等の該当箇所を参照し、「毎授業」授業内容に関する 予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

講義資料を配布します。

参考書、講義資料等

ストローブル「高分子の物理」（Springer）
X線・光・中性子散乱の原理と応用（講談社）

成績評価の基準及び方法

高分子の秩序化に関する熱力学的原理を理解しているかを、各回の小課題（４０点）＋期末レポート（６０点）にて評価する。

関連する科目

• CAP.Y204 ： 高分子物性１（溶液物性）
• CAP.Y205 ： 高分子物性２（固体構造）
• CAP.Y304 ： 高分子応用物性
• CAP.P202 ： 高分子統計力学

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

履修条件は特に設けないが、物理化学（特に熱力学）および高分子科学関連の講義を履修し、内容を十分に理解していることが望ましい。