二液相界面電析法による金属超薄膜の製造とその成長機構の解明

• Project/Area Number: 15656180
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Material processing/treatments
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: 金児 紘征 秋田大学, 工学資源学部, 教授 (20006688)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 多田 英司 秋田大学, 工学資源学部, 助手 (40302260)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2004: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2003: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
• Keywords: 二液相界面電析法 / 光学的可視化 / シャドウグラフ法 / レーザー干渉法 / マッハツェンダー法 / シュリーレン干渉計 / 亜鉛薄膜 / 溶液流 / マッハツェンダー干渉計 / マランゴニ対流 / 界面張力

Research Abstract

金属塩水溶液と有機液体からなる二液相界面で電析を行なうと,析出物が界面に沿って薄膜状に優先成長する成長形態が観察される.この特異な成長形態は,界面近傍での濃度減少が引き起こしている物質輸送をともなう溶液流が影響していると考えられる.そこで,本年度は,前年度に試みた溶液流の光学的可視化技術の確立を目指した.すなわち,前年度に行なったシャドウグラフ法に加えて,シェリーレン法およびマッハツェンダー干渉計による光学的可視化ができるようにした.その結果,シャドウグラフ法のみでは不充分であった界面近傍の濃度変化,密度変化をより明確に観察できた.
つぎに,この技術を応用して,実際に薄膜成長時の溶液流を側面部,上部より観察し,溶液流の3次元挙動を明らかにすることで,薄膜成長との関連性を検討した.実験は,酢酸ブチル/硫酸亜鉛水溶液界面において亜鉛薄膜を一方向成長させ,その成長過程を調べた.シェリーレン法では,側面から観察すると,白金線直下に引き込むような大きな流れが見られ,薄膜が成長すると成長先端部でうず流が確認できた.上部から観察すると,電析開始と同時に成長方向へ押し出すような溶液流が顕著に見られた.薄膜成長にともない,溶液流の発生位置も移動し,薄膜先端部で溶液を押し出す動きと引き戻す動きが見られ.溶液を薄膜先端部に供給するような流れが確認できた.また,薄膜先端部の形態に対応した溶液流の変化も見られた.マッハツェンダー干渉計では,界面近傍の密度勾配を観察でき,これが溶液の対流の原因であることがわかった.これらのことから,薄膜の成長形態と溶液流れに密接な関連性があることが明らかになった.