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選択吸着・配向機構及び3次元配向・配列機構の解明を目指し、様々な表面上における吸着・配向過程や3次元配向・配列構造の観察・評価、並びに吸着・配向モデルによるシミュレーション計算を行った。
1.選択吸着・配向過程の観察
クオーツクリスタルアナライザを用いた水晶振動子式マイクロバランス(QCM)測定装置に温度制御装置を付設した。
モデル分子として低分子液晶を用い、液晶相における基板上への吸着・配向過程について、成長過程の付着挙動(付着量の時間変化)を測定した。その結果、基板表面官能基の種類により、平衡付着量や付着過程の特性時間が異なることが明らかになった。またバルク液晶相と界面相との粘度の差異について考察した。また、配向の変化についても、本装置によって確認することができた。
また、液晶が様々な種類の基板界面で、それぞれに特異な配向形態を示すことも、明らかになった。その際、界面層では分子の凝集が顕著となり、固体的に振る舞うことがわかった。したがって、基板面内での配向制御のみならず、膜厚方向での構造制御も可能であることが示され、3次元的な分子配向配列制御構造が得られた。
2.選択吸着・配向過程のシミュレーション計算
有機分子の異方性を考慮した吸着・配向モデルについて、熱力学的な考察を行い、従来金属等で用いられていた結晶成長理論を基礎とした新たな理論の構築を試みた。結晶成長理論における臨界核の形成に異方性を取り入れることにより、経験則(高温基板では垂直配向し、低温基板では平行配向する)を定性的に説明することができた。
3.有機半導体分子の3次元配向制御
半導体特性を示すペリレンテトラカルボン酸ジイミド薄膜を蒸着重合法により作製した。蒸着条件を制御することにより、膜厚方向に分子鎖が配向した薄膜を作製できた。また基板処理を行うことにより、配向性を制御することができた。
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