マイクロ波、超音波等を利用する揺らぎの大きい反応場の解明

平成20年度に、超音波吸収測定よりズリ粘性が周波数依存性をもつことを見出し、イオン液体が非ニュートン流体であることを初めて提唱した。一方、表面反射型の動的光散乱実験からは、イオン液体の表面張力波の分散関係が通常の流体力学で記述される、即ち典型的なニュートン流体として振る舞うことを明らかにしている。この一見矛盾する二つの事象がどうして両立するのか、これを究明することが21年度の重要な課題の一つであった。そこで我々は、種々のイミダゾリウム系イオン液体について表面動的光散乱の測定を行い、その解析から広い温度領域で、粘性・表面張力・表面過剰エントロピーなどの物性量を得た。その結果、陰イオンサイズの減少(即ち、クーロン引力の増大)に伴って粘性、表面張力の双方が増加するが、アルキル側鎖長増大の場合には、粘性は増大するが表面張力は逆に減少することを確認した。この結果は、ドメイン構造と表面構造の成因が異なること、クーロン相互作用のみでは物性が説明できないことを示唆している。次に、典型的なイオン液体の誘電率を求めた。誘電率は、溶媒としての性質を支配する重要な量であるため先行研究はあるが、いずれも反射法を用いていたためにマイクロ波プローブの周辺電場の補正等の問題点があった。我々は透過型のマイクロ波分光法を開発してこの困難を克服し、信頼のおける実験データを得た。その結果、同一の陰イオンをもつイオン液体では、アルキル鎖が長くなると誘電率が系統的に小さくなることが分かった。さらに、有効媒質近似を適用することにより、極性部分の誘電率と非極性部の誘電率を別個に導出することに成功した。

平成20年度に、超音波吸収測定よりズリ粘性が周波数依存性をもつことを見出し、イオン液体が非ニュートン流体であることを初めて提唱した。一方、表面反射型の動的光散乱実験からは、イオン液体の表面張力波の分散関係が通常の流体力学で記述される、即ち典型的なニュートン流体として振る舞うことを明らかにしている。この一見矛盾する二つの事象がどうして両立するのか、これを究明することが21年度の重要な課題の一つであった。そこで我々は、種々のイミダゾリウム系イオン液体について表面動的光散乱の測定を行い、その解析から広い温度領域で、粘性・表面張力・表面過剰エントロピーなどの物性量を得た。その結果、陰イオンサイズの減少(即ち、クーロン引力の増大)に伴って粘性、表面張力の双方が増加するが、アルキル側鎖長増大の場合には、粘性は増大するが表面張力は逆に減少することを確認した。この結果は、ドメイン構造と表面構造の成因が異なること、クーロン相互作用のみでは物性が説明できないことを示唆している。次に、典型的なイオン液体の誘電率を求めた。誘電率は、溶媒としての性質を支配する重要な量であるため先行研究はあるが、いずれも反射法を用いていたためにマイクロ波プローブの周辺電場の補正等の問題点があった。我々は透過型のマイクロ波分光法を開発してこの困難を克服し、信頼のおける実験データを得た。その結果、同一の陰イオンをもつイオン液体では、アルキル鎖が長くなると誘電率が系統的に小さくなることが分かった。さらに、有効媒質近似を適用することにより、極性部分の誘電率と非極性部の誘電率を別個に導出することに成功した。