窒化ホウ素表面に吸着した単分子膜の熱的・誘電的性質の研究

固体表面に吸着した単分子層は、新しい物質相のひとつとして認識されるほどに、最近とくに注目されるに至った。本研究の主な目的は、グラファイト吸着系で代表者らが調べてきた単分子膜のうち、特にその誘電的性質が興味深いと思われる系を選び、窒化ホウ素表面に吸着させた上で、熱力学的測定と誘電測定を行うことであった。具体的には、双極子の秩序化現象を見いだした一酸化炭素およびハロゲン化メチルを対象とすることであった。この様な実験データが蓄積された段階で計算機シミュレーションを行い、吸着単分子膜での分子運動に対して統一的な理解を行うことが本研究の最終目標である。まず、熱力学的研究の対象として、吸着分子にアルゴン、窒素、一酸化炭素、塩化メチルの4種類の分子を選び、これらについて吸着等温線の測定と熱容量測定を行った。その結果、単分子膜の相挙動は、塩化メチルを除き、グラファイト吸着系とほとんど変わりが無いことが明らかになった。また、窒化ホウ素表面がもつ異種原子によるイオン性は、吸着分子との相互作用には貢献しておらず、全体としては、グラファイト表面に比べてむしろ弱い相互作用しかしていないことが分かった。一方、表面上の電子雲の分布の違いは、特に極性分子の場合に、その単分子膜の相の安定性に大きく寄与し、窒化ホウ素表面上ではグラファイト表面上と比較して、秩序相が安定化することが分かった。残念ながら、誘電的研究については、測定系を整備し、クライオスタットの設計を終えたところで、実験は次年度ということになった。グラファイト吸着系は中性子散乱が可能であることを生かしてダイナミックスの研究が行える利点があり、一方、窒化ホウ素吸着系は誘電的性質が調べられるという利点がある。今後、これらの手法を相補的に用いた多面的研究によって、吸着単分子膜の2次元分子結晶としての物性を明らかにしていくつもりである。

固体表面に吸着した単分子層は、新しい物質相のひとつとして認識されるほどに、最近とくに注目されるに至った。本研究の主な目的は、グラファイト吸着系で代表者らが調べてきた単分子膜のうち、特にその誘電的性質が興味深いと思われる系を選び、窒化ホウ素表面に吸着させた上で、熱力学的測定と誘電測定を行うことであった。具体的には、双極子の秩序化現象を見いだした一酸化炭素およびハロゲン化メチルを対象とすることであった。この様な実験データが蓄積された段階で計算機シミュレーションを行い、吸着単分子膜での分子運動に対して統一的な理解を行うことが本研究の最終目標である。まず、熱力学的研究の対象として、吸着分子にアルゴン、窒素、一酸化炭素、塩化メチルの4種類の分子を選び、これらについて吸着等温線の測定と熱容量測定を行った。その結果、単分子膜の相挙動は、塩化メチルを除き、グラファイト吸着系とほとんど変わりが無いことが明らかになった。また、窒化ホウ素表面がもつ異種原子によるイオン性は、吸着分子との相互作用には貢献しておらず、全体としては、グラファイト表面に比べてむしろ弱い相互作用しかしていないことが分かった。一方、表面上の電子雲の分布の違いは、特に極性分子の場合に、その単分子膜の相の安定性に大きく寄与し、窒化ホウ素表面上ではグラファイト表面上と比較して、秩序相が安定化することが分かった。残念ながら、誘電的研究については、測定系を整備し、クライオスタットの設計を終えたところで、実験は次年度ということになった。グラファイト吸着系は中性子散乱が可能であることを生かしてダイナミックスの研究が行える利点があり、一方、窒化ホウ素吸着系は誘電的性質が調べられるという利点がある。今後、これらの手法を相補的に用いた多面的研究によって、吸着単分子膜の2次元分子結晶としての物性を明らかにしていくつもりである。