in-situ測定による液中微粒子の付着・脱着メカニズムの分子レベルの解明

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09450285
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 東谷 公 京都大学, 工学研究科, 教授 (10039133)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 神田 陽一 京都大学, 工学研究科, 助手 (60243044)
• Keywords: 原子間力顕微鏡 / 付着力 / 粒子 / 表面改質 / 吸着層

Research Abstract

シリカ球形粒子付カンチレバ-を原子間力顕微鏡に用いることにより、シリカ粒子-雲母板間およびシリカ粒子-シリカ平板間の相互作用力を直接測定した。その結果、以下のことが明らかとなった。
<媒体中での付着力>
水溶性溶媒であるアルコール中では、付着力は、アルコールへの水の飽和溶解度に対する比がある一定の値の時に極めて大きなピークを持つ。このピークでの付着力は大きいため、ファンデルワールス引力では説明できないが、アルコール分子の疎水基のサイズが大きいほど大きくなることから、相分離による架橋力の存在が示唆された。
<表面物性と相互作用力>
界面活性剤水溶液中及びシランカップリング剤によって疎水化改質した表面間の引力を比較した。界面活性剤中では低い疎水化度に対しても引力が発生するのに対し、改質表面間では接触角80°以上の領域においてのみ引力が確認され両者の間に顕著な差が認められた。また、これは吸着ドメイン構造の違いによるものであるほか、バルク水溶液中での界面活性剤の影響も示唆された。
<表面状態>
付着力は、AFM探針をそのまま用いた場合、粒形4μmのシリカ粒子を用いた場合、9μmの場合ともオーダー的には近い値となった。これはAFMによる表面観察の結果より、粒子表面の微細な凹凸が探針の曲率半径とオーダー的に近い(〜100nm)ことによると考えられる。これは、付着力が巨視的な粒径よりは実際に接している部分の形状に大きく依存することを示している。

Research Products

• [Publications] 東谷 公, 神田陽一: "原子間力顕微鏡による固液界面特性のin-situ評価" 粉体工学会誌. 35(1). 31-39 (1998)
• [Publications] Y.Kanda, T.Nakamura and K.HIgashitani: "AFM Studies on Interaction Forces between Surfaces in Alcohol-Water Solutions" Colloids and Surfaces A. (accepted).
• [Publications] K.Higashitani and J.Oshitani: "Measurement of Magnetic Effects on Electrolyte Solutions by Atomic Force Microscope" Trans IChemE. 75(B). 115-119 (1997)
• [Publications] A.W.Marczewski and K.Higashitani: "Modeling and Analysis of Experimental Atomic Force Microscope Images of Hard Colloidal Particles" Computer Chem.21. 129-142 (1997)
• [Publications] 東谷 公: "液相微粒子の表面ミクロ構造と凝集・分散・付着" 化学工学. 61. 258-260 (1997)