分子レベルで表面設計した固体材料表面の機能発現機構

分子水平设计的固体材料表面功能表达机制

基本信息

批准号：
07750930
负责人：
藤正督
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750930/
关键词：
表面設計ぬれ性水表面改質吸着ネオペンタン表面機能化粉体

项目摘要

本研究は以下に示す2つの目的に焦点を当て表面制御・設計を目指した。第一の目的は表面改質により作製した試料表面を原子・分子レベルで定量化を行うことにあった。第二の目的は正確にキャラクタライズした改質試料表面に対し吸着量・吸着熱測定を行なうことで、改質基の量や質と、目的物性発現との間の関係を定量的に明かにし、改質に関する基本原則を確立することにあった。目的にしたがい、トリメチルシリル基を導入した液相合成シリカ表面の表面構造と濡れ性について検討し、以下のような知見を得た。窒素吸着実験、グリニヤール試薬法から、試料にはシランと化学反応可能な表面水酸基が4.2個/nm^2存在することがわかた。改質量は窒素吸着実験及び元素分析から定量でき、任意量の表面を被覆した試料を得ることができた。また、水及び窒素吸着実験から、試料にはマイクロポアが存在する事がわかった。表面改質により、半径0.3nm以下のマイクロポアは改質されず、0.3-0.9nmのマイクロポアは改質反応により閉塞した。前者は表面水酸基と同様に水吸着のサイトに成りうることが示唆された。ネオペンタン吸着実験による等量吸着熱の結果からはシリカ表面元来の性質が改質率約33%以上で消えることが明らかとなった。同改質率以降の試料では、ミクロ的濡れ性の指標である飽和蒸気圧近傍の水蒸気吸着量が理論的な単分子吸着量にも達しないことがわかった。また、分散嗜好性実験からマクロ的濡れ性の変化も同改質率で大きく変化することが示された。以上のように、改質表面を原子・分子レベルで評価した試料を作製し、目的物性発現(濡れ性)との関係を定量的に明かにすることで、第一及び第二の目的を達成することができた。

这项研究的重点是以下两个目标，并针对表面控制和设计。主要目的是量化通过原子和分子水平的表面修饰制备的样品表面。第二个目的是定量揭示修饰组的数量和质量与所需物理特性的发展之间的关系，通过准确表征在改良样品表面上的吸附量和吸附热量，并建立有关修改的基本原理。根据该目的，研究了液相合成二氧化硅表面的表面结构和润湿性，研究了三甲基二甲二基甲硅烷基的基团，并获得了以下发现。氮的吸附实验和Grignard试剂方法表明，样品具有4.2个表面羟基每NM^2，可以与硅烷化学反应。可以从氮的吸附实验和元素分析中量化修饰材料的量，并且可以获得任意表面的样品。此外，水和氮的吸附实验表明样品中存在微孔。由于表面的修饰，半径低于0.3 nm的微孔未经修饰，并且半径为0.3-0.9 nm的微孔被改革反应遮住了。据建议，前者可以是水吸附的部位，类似于表面羟基。 Neopentane吸附实验的相等吸附热的结果表明，当修饰速率约为33％或更高时，二氧化硅表面的原始特性消失了。已经发现，在相同的修饰速率后的样品中，饱和蒸气压接近的水蒸气吸附量（这是微粘性的指标）未达到理论单分子的吸附量。此外，分散性偏好实验表明，宏观智能随着相同的修改速率显着变化。如上所述，准备了一个样品，其中在原子和分子水平上评估了修饰的表面，并定量揭示了与目标物理特性（润湿性）的关系，从而实现了第一个和第二个目标。