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液体の界面近傍における分子の拡散運動は、バルク中とは大きく異なったものとなっている。媒質の界面は分子の運動空間を物理的に制約すると共に、表面電気二重層や表面粘弾性などの2次元に特徴的な電気的、力学的物性を通して分子拡散運動に大きな異方性をもたらす。界面近傍の分子拡散運動を制約する界面と分子との異方的相互作用を解明することは、対称性の破れた空間における分子集団の物理の研究という観点から興味深い。また界面における化学反応機構や界面そのものの物理的性質の出現機構を理解し制御する上でもきわめて重要で、これは工学的な応用の価値も大きい。本研究は、リプロンスペクトロスコピー技術を用いて表・界面近傍における分子拡散の異方性を調べ、界面という対称性の破れが分子のダイナミクスに及ぼす影響を研究し、これを界面の反応性と関連づけて理解することを目的とした。
本年度は界面活性のある脂肪酸分子の一種であるペンタン酸水溶液の表面弾性の周波数依存性を、表面波励振法とリプロン光散乱法によって100Hz〜1MHzの広周波数帯域で測定した。その結果、広い濃度域にわたって脂肪酸分子の吸着、脱離過程に伴う表面弾性の緩和現象が観測された。この緩和の特性周波数と強度は、脂肪酸分子の表面近傍での拡散を考慮した理論によって定量的に説明できることが明らかとなった。さらに炭素鎖の長さや溶液のpHなどの条件を変化させながら測定を行い、電気二重層など表面のエネルギー状態が、表面近傍分子の運動に与える影響について研究を進めている。
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