アドミセル内部を反応場として用いる構造制御された高分子薄膜の調製

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両親媒性分子(界面活性剤)は、水溶媒中でミセル・ベシクルなどのナノメータースケールの分子集合体を形成するが、同時に固体/液体界面に単分子あるいは二分子吸着し、アドミセルと呼ばれる吸着膜を形成する。アドミセル内部は疎水的な環境を有するため、水に不要な物質を内部に可溶化することができる。このアドミセル内部に油溶性のモノマー分子を可溶化させて重合反応を行うことにより、固体表面に高分子薄膜を形成させることが可能であり、固体微粒子の新規な表面改質法として近年注目されている。しかし、生成する高分子の表面微細構造や重合の機構などに関する検討はこれまで行われていない。そこで本研究では、分子レベルで平滑なマイカなどの基板上に形成されたアドミセル内部で高分子の合成を行い、膜のミクロ構造や形成機構についての詳細な検討を行った。カチオン界面活性剤が形成するアドミセル内部でポリスチレンの重合反応を行い、形成する薄膜の原子間力顕微鏡による観察を行ったところ、特定の条件下においてはポリスチレン結晶が正三角形状のドメイン構造をとりながら規則的に成長することを見いだした。また、アドミセル内部での重合反応では、従来の重合反応やミセル内部などを用いた乳化重合とは異なり、構造や物性が特異的に制御されたポリマー薄膜が得られることが分かった。さらに、アドミセル内部でポリアクリロニトリルの合成を行い、得られた高分子薄膜に不融化、炭化処理を行うことにより、各種基板上に黒鉛の超薄膜を形成させることにも成功した。