住友ゴム工業
世界最速８９０ナノ秒で微粒子と高分子を同時捕捉

住友ゴム工業（山本悟社長）は、同社における研究開発本部分析センターの岸本浩通センター長らの研究グループによって、タイヤゴムをサンプルとし、標識することなく、タイヤゴムに使用されるフィラーの一つであるカーボン微粒子と高分子の動く様子を、世界最高速度８９０㌨秒（１０億分の１秒）の時間分解能で計測することに成功した。計測には、ドイツのハンブルクに設置されている欧州Ｘ線自由電子レーザー（Ｅｕｒｏｐｅａｎ　ＸＦＥＬ）を使用。タイヤゴムのような複合材料系では、異種成分間の界面付近における微粒子や高分子の動きを把握する手順が、タイヤの性能を評価する上では重要。今回、同研究グループは世界で初めて、ナノ秒レベルで原子サイズの高精度の分子運動計測に成功した。これによりタイヤゴムの性能評価を行う目的で、微粒子と高分子の動きの観察が可能となった。今回の計測法の活用により、ゴム劣化の早期診断や耐久性を向上させる材料開発などにおいて時間短縮への期待が高まる。

今回の研究成果は、今月４日（米国東部夏時間）に米国物理学協会が発行する学術論文誌「Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ（ＡＰＬ）」のオンライン版へ掲載された。

欧州Ｘ線自由電子レーザーを用い、世界最高速度８９０㌨秒の時間分解能で、タイヤゴム中のカーボン微粒子と高分子（ポリブタジエン）の動きの同時観察に成功。微粒子と高分子の複合材料について、各成分の運動計測を原子サイズの高精度で実現、両者が接する界面付近の結合状態が異なることによって両成分の動きも変化することを実証した。今回の計測法は、複合材料においても各成分を高速度高精度かつ同時に分子動態計測することが可能、特に微粒子を用いた極めて多様な材料系の評価法として非常に有効となる。

さまざまな産業から日常生活に至るまで、幅広く利用されているタイヤゴムにおいては、これまで以上に高い機能性や耐久性へのニーズが上昇。特に、タイヤのグリップ性能や耐摩耗性能は、分子レベルの構造的特徴や複合材料における微粒子の分散性、母材である高分子（ポリブタジエン）との成分間の相互作用に依存する。ナノ秒レベルの時間分解能での分子の動きの把握が、構造と機能の関係を理解するためのカギを握っているが、従来の技術では、Ｘ線情報が平均化されることで、微粒子と高分子それぞれの運動特性を抽出した成分間での動きを厳密に比較することは不可能であった。そのため、タイヤゴムの個々の成分の動きについて、高精度で高速度という要素を同時計測可能な技術が求められていた。