| 研究課題/領域番号 |
17K05837
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
荒殿 誠 九州大学, 理学研究院, 教授 (20175970)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 粘弾性 / 光散乱 / 表面吸着 / 電気二重層 |
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| 研究実績の概要 |
対イオンの電気二重層内での分布に関するミクロン秒領域での緩和過程を、臭化アルキルトリメチルアンモニウム水溶液表面吸着膜を対象として、我々が独自に組み立てた準弾性表面光散乱(SQELS)法を用いて研究した。
SQELS法では表面張力波の横波を検出するが、横波と縦波がカップリングしている状況を記述する分散方程式を利用して、横波の情報から縦波の情報を抽出する手法を用いた。縦波は表面の拡張粘弾性を復元力としているので、散乱スペクトルの吸着膜の膜密度依存性を測定し、その解析により、拡張弾性と拡張粘性を求めた。
拡張弾性は膜密度の上昇に伴って20mN/m程度まで急激に上昇するが、その後極大を経て、緩やかに15mN/m程度まで低下する。これは、界面活性剤陽イオン（アルキルトリメチルアンモニウムカチオン）や、対イオンである臭化物イオンに、バルクと吸着膜との間の拡散や吸着膜内での拡散、分子の配向変化など何らかの緩和過程が存在することを示している。そこで、Lucassen-van den Templeモデルおよびその改善モデルによって解析した結果、次の結論を得た。
活性剤イオンの拡散緩和では実験結果を説明できないし、吸着障壁を導入しても説明できない。改善モデルで実効拡散係数を算出すると10E-8m2/sのオーダーであり、これは活性剤イオンの10E-10よりも2桁も大きいが、対イオンの拡散係数の10倍程度、水の拡散係数と同程度であることから、SQELSでは水和した対イオンのスターン層と拡散二重層の間の拡散緩和を捉えていると考えた。いくつかの異なる対イオンを対象として実験でも、このことが支持される結果を得た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
臭化アルキルトリメチルアンモニウム水溶液表面吸着膜を対象とした実験・解析・考察を平成29年度に目指した。この予定はほぼ終了し、異なる対イオンをもつ界面界面活性剤の吸着膜にも拡張できた。この点では当初予定を上回っているが、界面の状態方程式との関連など、一部未検討の部分もあるので、おおむね順調に進展していると自己評価した。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究実績の概要に書いたように、何らかの形で水分子の緩和が拡張弾性の緩和に関係していることが予想される。非イオン活性剤を用いて、水に注目した研究が必要となる。この方針で研究を継続する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
表面光散乱測定に利用した界面活性剤量が想定よりも少ない量ですんだこと、および光散乱光学部品が交換せずに利用できたことできたこと、スペインでの測定実験を延期したことによる。平成30年度に界面活性剤や光学部品など物品を購入し、スペインでの測定実験を計画する予定である。
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