共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 有機分子の自己集積膜表面における氷の疑似液体層に関する赤外分光法による研究
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 大阪大学理学研究科
研究代表者／職名 准教授
研究代表者／氏名 金子文俊

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 田和圭子 産業総合技術研究所関西センター 主任研究員

2

 松浦良樹 元大阪大学蛋白研 元大阪大学教授

3

 古川義純 北大低温研

4

 片桐千仭 北大低温研

研究目的 　結晶の表面融解現象は、融点近傍における多くの結晶表面で見出されている。特に氷結晶は表面融解を起こす代表的な物質で、その表面層は疑似液体層と呼ばれている。氷の疑似液体層は、氷の晶癖変化や結晶成長機構などと深い関係があるばかりでなく、氷結晶表面の触媒効果にも繋がりがあると考えられている。氷と界面を形成する物質が、疑似液体層の挙動に対してどのような影響を与えるかを系統的に調べることは、氷表面において生じる現象を理解に有効であると考えられる。
本研究では、予め表面の化学構造を設計した基板を準備し接触した氷の挙動を赤外分光法で調べて疑似液体層に対する界面の影響を明らかにすることを目的とした。
　　
研究内容・成果 　この疑似液体層のスペクトルを選択的に得ることは通常の透過赤外法では困難であるため、光の全反射面近傍に生じるエバネッセント波を利用する測定法である赤外ATR分光法を採用した。この手法では、高屈折率の赤外透過材料のプリズムを氷表面に密着させて、プリズムと氷の界面で赤外光を全反射させる。この際にプリズム表面から約1-2μm程度氷層へ浸透したエバネッセント波により、氷結晶の表面部分の情報を選択的に得ることができる。また温度制御は、プリズムの上下からペルチェ素子そ用いて、±0.1℃の精度でおこなった。
　プリズム表面の化学構造を変える手段として、その表面に自己組織化単分子膜を形成することにした。自己集積膜形成法としては金表面のアルカンチオールが代表的ではあるが、金膜は非常に薄い場合においてもプリズム表面における赤外エバネッセント波の形成に大きな障害になる。そこでシリコンの赤外ATR用のプリズムに対して直接、自己組織化単分子膜形成の処理をする手法を採用した。
　
　この赤外ATR法により、水の結晶化と融解過程における赤外スペクトル変化を追跡した。主としてO-H伸縮とO-H変角振動の変化を調べて、シリコンプリズムの表面修飾を施すことが疑似液体層的な特徴を与える成分の増大につながることを示唆する結果を得た。本年度は分光器装置の不調が続き、表面化学種の違いの影響までは調べることができなかったので、今後この点について詳しく検討していく予定である。
　　
成果となる論文・学会発表等