| 研究概要 |
混合溶媒(二成分系の流体)中に微粒子などの表面が介入した系を理解解析し,バルクと異なる組成・構造を持つ表面誘起層の厚さδの急成長と共に,同一表面間に超長距離性の強い引力が出現する(力の及ぶ範囲L〜2δ)ことを見いだした。これは一種の転移現象であり,表面における第二相(表面相)の形成,即ち,表面誘起相転移である。この現象は,バルクが単相として安定な条件下でも起こり得る。最近,UBCのPateyらが,計算機実験によって,この理論解析結果が定性的に正しいことを検証した。
メタノール-ヘキサン系中で,マイカ-窒化ケイ素プローブ(A),マイカ-シリカ球(B)表面間力をAFMを用いて実測した。Aにおいて,観測された引力の及ぶ範囲Lをメタノールのwt%Xに対してプロットし,Bにおいて,表面間距離が7.5nmのときの引力の強さFをXに対してプロットした。すると、メタノールの飽和溶解度近くでLとFの急増が見られた。エタノール-ヘキサン系(バルクでは全組成範囲で単相として安定)に対し,マイカ-窒化ケイ素プロープ表面間力を実測したところ,濃度〜1.9wt%においてLの急増が見られた。他研究者の実験データをも吟味し,表面誘起相転移なる現象が実在するものと判断できた。
表面誘起相転移は,親水性表面近傍の,微量の親水性成分を含む疎水性流体(表面相は親水性成分リッチの相)や疎水性表面近傍の,微量の疎水性成分を含む親水性流体(表面相は疎水性成分リッチの相)に対して起こり易い。バルクのスピノーダル点から遠く離れていない共存点(一方の成分が飽和溶解度まで溶解)近くで,δ及びLの比較的急激な増加が見られる。飽和溶解度近くまで親水性成分が溶けた疎水性流体中では,親水性表面間に超長距離性の強い引力が作用する。飽和溶解度近くまで疎水性成分が溶けた親水性流体中では,疎水性表面間に超長距離性の強い引力が作用する。
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