2004 Fiscal Year Annual Research Report
外的電場を活用したコロイドナノ粒子の基板上吸着メゾ構造制御
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15360411
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
宮原 稔 京都大学, 工学研究科, 教授 (60200200)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東谷 公 京都大学, 工学研究科, 教授 (10039133)
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| Keywords | ナノ粒子 / 配位構造 / 構造形成 / 原子間力顕微鏡 / コロイドプローブAFM / 基板表面電位 / 粒子間相互作用力 / 粒子-基板間相互作用力 |
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| Research Abstract |
ナノ〜サブミクロンスケール粒子集団の配列構造を自在に構成できれば,従前にない高効率・高機能材料の開発が可能と予想されている。しかし,数nmから数百nmの,いわゆる「広義の」ナノ粒子によるメゾ領域構造形成のメカニズムについては情報が乏しい。粒子集団の構造形成過程には,粒子-粒子間および粒子-基板間相互作用が極めて重要な役割を果たすと考えられ,従って,これら相互作用因子や操作条件などが,形成される構造にどのように影響するかを見出し,その動力学的挙動の制御法を構築することが切望される現状にあろう。本研究では,導電性基板と静電分散粒子との吸着系に外的に電位を与えることで,基板表面電位・表面電荷密度を自在に設定し,粒子集団の構造形成速度課程と生成構造を制御し得る手法を構築することを目指す。
本年度は,電位制御実験系での吸着実験とシミュレーション検討を行い,以下の成果を得た。
1.電位制御系での吸着実験:前年度構築した二極式での電位制御実験系を用い,表面電位を制御した導電性基板上への,コロイド粒子の吸着実験を行い,被覆率や吸着構造に対する基板電位の効果を把握した。表面電位のある臨界値をはさんで,吸着量が顕著に変化するすることを見出している。
2.吸着粒子のAFM観察:基板上の吸着粒子を経時的にAFM観察したところ,適切な電位範囲では,吸着状態の粒子も表面上を横に移動し,配置を変化させ得ることを見出した。
3.理論的検討:ブラウン動力学シミュレーションにより得た吸着過程と秩序構造形成過程の詳細な解析結果に基づき,粒子配位構造が無秩序から秩序相へ転移する際に,我々が「一方向平均力」と名付けた粒子間力に基づく物理量が,環境条件に依存せずに一定の境界値を示す鍵因子であることを見出した。また,ブラウン動力学手法への摩擦力の組み込みに成功し,現在,シミュレーション検討を実行中である。
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