非線形ダイナミクスによる多様な自己組織化秩序形成の開拓と三次元ナノ構造の構築

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電気化学反応系では自己組織化現象の1つである時間的・空間的振動が様々な系で現れることが知られている。その中でも金属析出を伴う振動電析反応は、振動現象の時間秩序が析出物の空間秩序として電極表面に記録・固定化されるため微細秩序構造の自己組織化形成の観点からも非常に興味深い。本年度は、低融点金属の電析反応中に電極|水溶液界面の界面張力が異常に高いことを見出し、これにより3相界面での電析反応中に時間的、空間的振動現象が発現するメカニズムを明らかにした。1.硫酸亜鉛水溶液と酢酸ブチルの液液界面において電流規制条件下で亜鉛を析出させると、析出電流が拡散律速電流を超えたとき、電位振動とメニスカス振動を伴いながら液液界面で析出物が断続的に成長し、周期構造が形成される。このメカニズムを電析反応中の非平衡な界面張力の観点から明らかにした。2.カチオン性界面活性剤を含む水溶液からCuSn合金を一定電位で電析させると、界面活性剤の吸着と脱離が繰り返されることで電流振動が生じ、ナノスケールの多層膜が形成される。このとき、高電流状態と低電流状態問の遷移は電極表面のある一点から電極全体へと広がり、振動性の電気化学反応波として観測される。この電気化学反応波のフロント部に形成される組成比勾配による界面張力勾配で油滴が駆動されることを見出した。3.低融点金属の電析反応中に電極表面においた油滴が自発的に脈動しながらベクトル運動することを見出し、油滴前後のアドアトム濃度差に起因する界面張力勾配を駆動力としたメカニズムを明らかにした。本研究は振動電析反応を用いた自己組織化現象の理解を深めただけでなく、未だに十分理解されていない結晶化過程に新たな視点を与えた。