無染色によるポリマーアロイの相分離構造観察

高分子材料はC、H、N、Oなどの軽元素が主体であり、透過型電子顕微鏡（TEM）で観察した場合、電子線透過能の差が小さく、像コントラストが低い傾向にあります。そのため、一般的な形態観察では、重金属を用いて特定の官能基などを染色し、電子線透過能を下げることで像コントラストを高くします。しかし、染色は万能ではなく、材料によっては像コントラスト付与が困難な場合もあります。そこで、この場合に有効な選択肢を確立すべく、ポリマーアロイに対し複数手法を組み合わせた無染色観察を試みました。
ポリマーアロイ EPDM／PP／PA（ethylene propylene diene monomer rubber / polypropylene / polyamide） の走査型透過電子顕微鏡（STEM）像を図（a）に示します。染色コントラスト（技術資料「ポリマーアロイの相分離構造観察 SEM，TEM，SPMの選択」、「ポリアミドを含む多成分系樹脂のTEM観察」参照）には及ばないですが、一定の像コントラストが得られ、3相の相分離構造が観察できます。さらに、同視野のEELS化学状態マップを図（b）に示し、EDS元素マップを図（c）に示します。ここで、前者ではC=C結合の1s → π*吸収強度を示しています（技術資料「Electron Energy Loss Spectroscopy（EELS）スペクトル解析」参照）。C=C結合はEPDMに特有な化学状態であり、N、OはPAに特有な元素であることから、各相は図に示すように帰属できます。
以上より、染色による像コントラスト付与が困難な場合でも、無染色観察は有効な選択肢として期待できます。

図：無染色ポリマーアロイ（EPDM／PP／PA）の（a）STEM像（明視野像、暗視野像）、（b）EELS化学状態マップ（C=C結合）、（c）EDS元素マップ（C、N、O）、スケールバーは1µm相当