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帯電界面の熱力学的不安定性:発見の一般化と膜系への展開

Research Project

Project/Area Number 15655008
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

垣内 隆  京都大学, 工学研究科, 教授 (20135552)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山本 雅博  京都大学, 工学研究科, 助教授 (60182648)
西 直哉  京都大学, 工学研究科, 助手 (10372567)
保原 大介  京都大学, 工学研究科, 助手 (60303864)
Project Period (FY) 2003 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2004: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2003: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Keywords液液界面 / 不安定性 / 自然乳化 / LUV / 脂質2分子膜 / 界面活性イオン / 常温溶融塩 / イオン液体 / 脂質二分子膜 / AOT / イオン移動 / 吸着 / イオン対
Research Abstract

前年度のテーマを引き続き研究すると共に、界面不安定性に与える界面面積の影響と不安定性の顕微鏡による観察をおこなった。界面の電気化学的不安定性は熱力学的な不安定性であるので、安定-不安定の相互変化は擬2次元系の相転移と考えられる。したがって、その発現のダイナミックなプロセスは、過冷却水における核生成・成長と同様に、熱力学的な安定条件とは別に検討されなければならない。核生成の確率は、界面の大きさを制限している縁の効果を別とすれば、界面の面積に比例すると考えられる。この予測を確かめるために、界面の大きさを変えて不安定性の発現を調べた。
ガラスキャピラリーを引き延ばし、直径が数十ないし数ミクロンのその先端に作成した界面では、電流-電圧曲線の形から判別した不安定性の発現は確認されたが、その発現確率は界面の面積の減少と共に小さくなることを見いだした。まず第一に、この微小界面を用いた実験では、大きい界面ではほぼ必然的である正帰還による溶液抵抗の補償を行っていないので、不安定性の発現は溶液抵抗の補償によって生じた人為的な現象ではないことが確認された。これは界面の電気化学的不安定性を一般化する上で非常に重要な知見である。第二に、不安定性の発現確率が界面の面積に依存するという直感とは相反する知見は、不安定性の性質を知る上で重要である。また、不安定性を引き起こすのに必要な界面活性イオンの濃度が増加することを見いだした。
界面の面積が10μm^2以下では、界面活性イオンの濃度を10mMまで上げても不安定性による電流の乱れや増加は見られなかった。界面の縁の効果が10μm^2程度のスケールで現れるとは考えにくいので、見られた対流の抑制は、キャピラリー内での物質輸送の困難さによる対流の抑制によるものかもしれない。このことは、顕微鏡による界面の観察からも裏付けられた。すなわち、不安定電位領域での界面の振動は、必ずしも巨視的な電流-電圧曲線の異常を引き起こさない。
脂質二分子膜に関する研究に関しては、本年度は、膜を横切る電位差の制御と電流測定のための新しい装置を構築することにほぼ専念した。また、ベシクルを安定して形成させる実験条件と単一ベシクルを補足する方法を検討した。
以上の結果は、前年度の結果と併せて、界面の電気化学的不安定性の一般性を明らかにするために、大きく寄与すると考えられ、膜系の不安定性の研究の基礎を形作ることができた。

Report

(2 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2005 2004 Other

All Journal Article (6 results) Book (1 results) Publications (6 results)

  • [Journal Article] Electrochemical instability in facilitated transfer of alkaline-earth metal ions across the nitrobenzene water interface2004

    • Author(s)
      T.Kakiuchi
    • Journal Title

      J.Electroanal.Chem. 569

      Pages: 287-291

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Electrocapillarity at the nonpolarized interface between the aqueous solution and the room-temperature molten salt composed of 1-octyl-3-methylimidazolium bis(pentafluoroethylsulfonyl)imide2004

    • Author(s)
      T.Kakiuchi, F.Shigematsu, T.Kasahara, N.Nishi
    • Journal Title

      Phys.Chem.Chem.Phys. 6

      Pages: 4445-4449

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Electroneutrality coupling of electron transfer at an electrode surface and ion transfer across the interface between thin-layer of 1-octyl-3-methylimidazolium bis(perfluoroalkylsulfonyl)imide covering the electrode surface and an outer electrolyte solution2004

    • Author(s)
      K.Tanaka, N.Nishi, T.Kakiuchi
    • Journal Title

      Anal.Sci. 20

      Pages: 1553-1557

    • NAID

      40006493968

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Comparative study of electron transfer reactions at the ionic liquid/water and organic/water interfaces2004

    • Author(s)
      F.O.Laforge, T.Kakiuchi, F.Shigematsu, M.V.Mirkin
    • Journal Title

      J.Am.Chem.Soc. 126

      Pages: 15380-15381

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Polarized potential window available at the interface between an aqueous electrolyte solution and tetraalkylammonium imide salts2004

    • Author(s)
      T.Kakiuchi, N.Tsujioka, K.Sueishi, N.Nishi, M.Yamamoto
    • Journal Title

      Electrochemistry 72

      Pages: 833-835

    • NAID

      10013631916

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 常温溶融塩/水 2相系の基礎的性質2004

    • Author(s)
      垣内 隆
    • Journal Title

      ぶんせき 707

      Pages: 707-714

    • NAID

      10014212535

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Book] Interfacial Nanochemistry, Molecular Science and Engineering at Liquid-Liquid Interfaces2005

    • Author(s)
      T.Kakiuchi (H.Watarai, N.Teramae, T.Sawada, Eds.)
    • Total Pages
      322
    • Publisher
      Kluwer Academic/Plenum
    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] T.Kakiuchi, N.Nishi, T.Kasahara, M.Chiba: "Regular irregularity in the transfer of anionic surfactant across the liquid/liquid interface"ChemPhysChem. 4. 179-185 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] T.Kasahara, N.Nishi, M.Yamamoto, T.Kakiuchi: "Electrochemical instability in the transfer of cationic surfactant across the 1,2-dichloroethane/water interface"Langmuir. 20. 875-881 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] N.Nishi, D.Hobara, M.Yamamoto, T.Kakiuchi: "Orientation of o-, m-, and p-methylbenzylmercaptans adsorbed on Au(111) probed by broad-bandwidth sum frequency generation spectroscopy"Langmuir. 19. 6187-6192 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] N.Nishi, D.Hobara, M.Yamamoto, T.Kakiuchi: "Total-internal-reflection broad-bandwidth sum frequency generation spectroscopy of hexadecanethiol adsorbed on thin gold film deposited on CaF_2,"Analytical Sciences. 19. 887-890 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] T.Kakiuchi, N.Tsujioka: "Cyclic voltammetry of ion transfer across the polarized interface between the organic molten salt and the aqueous solution"Electrochemistry Communications. 5. 253-256 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] T.Kakiuchi, N.Tsujioka, S.Kurita, Y.Iwami: "Phase-boundary potential across the nonpolarized interface between the room-temperature molten salt and water"Electrochemistry Communications. 5. 159-164 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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