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本研究課題は、自己組織化的にプロトン・ドナー/アクセプターからなる異種二分子膜を製膜する技術を確立し、外部電場によるプロトン移動の誘起および導電性制御の実証に挑戦するものである。
研究では、異種二分子膜の「構造評価」と「物性評価」の双方を高いレベルで行って分子膜設計へフィードバックし、より良い電子－プロトン相関物性が得られるように進めることが重要である。2019年度は主に計測システムの拡充に多くの時間と予算を投入した。2020年度は、整備したＸ線光電子分光(XPS)装置と走査トンネル分光(STS)装置を活用して、より高いレベルの「構造評価」と「物性評価」を目指した。
「構造評価」では、改めて階層的な異種二分子膜のデザインの有効性の確認と製膜条件の最適化を行った。この二分子膜は、安定して階層的な構造となることを目指し、第１層目と第２層目をそれぞれ共有結合と水素結合を用いて分子を固定するデザインとしている。膜の評価実験では、まず、広い溶液濃度と温度の範囲で二分子膜が良好に出来ることを確認した。くわえて、従来は分子膜を１層ずつ製膜する二段階浸漬の手法で製膜していたが、異種分子を同時に溶解し１回だけ浸漬する一段階浸漬の手法でも、階層的で良好な異種二分子膜が得られることを確認した。このことは、異種二分子膜のデザインが本質的に安定な構造であり、様々な研究への応用が期待できることを示すものである(近く、論文にまとめ公表予定）。一方、「物性評価」では、立ち上げたSTSシステムで、二分子膜を貫く方向の導電特性の計測を目指した。懸案のノイズ低減について多くの問題を解決したが、実測では更なる低減策が必要であった。これも一部のユニットを刷新することで解決の目途が立ち、現在は「導電性評価」への活用を進めている。引き続き研究を進め当分野の発展に寄与していきたい。
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