Hierarchical growth across length scales in the first order phase transition of Langmuir monolayers

2024 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K04853
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28010:Nanometer-scale chemistry-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Hatta Eiji 北海道大学, 情報科学研究院, 助教 (90238022)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 水面上単分子膜 / 等温線 / ブリュースター角顕微鏡 / 統計熱力学 / ナノクラスター / ドメイン / 階層成長 / 線張力

Outline of Final Research Achievements

I have carried out simultaneous investigations of the first order transition evolution on different length scales (i.e., nano- and micrometer scales) in myristic acid and DMPC Langmuir monolayers by using isotherm and Brewster angle microscope (BAM) measurements at different temperatures. The combination of isotherm data and statistical thermodynamics analysis has allowed one to obtain nanocluster size distributions in the liquid expanded (LE) - the liquid condensed (LC) phase coexistence region. In the BAM measurements for each material the observed mesoscopic domains have shown the characteristic sizes, shapes, and textures depending on the different temperatures. The strong correlations between nanocluster size distributions and mesoscopic domain sizes and textures in the observed monolayers have demonstrated that the interfacial line tension between LE and LC phases plays a significant role for the hierarchy and heterogeneity of monolayer growth across length scales.

Free Research Field

ソフトマターの構造とダイナミクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

さまざまな基礎、工学的応用研究に広く用いられている典型的な単純飽和脂肪酸とリン脂質水面上単分子膜について、ブリュースター角顕微鏡測定と等温線の統計熱力学的解析を組み合わせることにより、単分子膜の結晶成長（１次相転移）過程について異なる長さスケール（ナノおよびマイクロメートル）での同時評価を可能にした。その結果、相転移過程においてナノメートル領域で形成されるクラスターサイズの表面圧依存性から２相境界の異なる温度間での線張力比を評価することにより、マイクロメートル領域で観察される特徴的なドメインのサイズ、及びテクスチャの温度依存性を理解することを可能にした。