移流集積プロセスを用いたコロイドナノ粒子のパターン状配列手法の確立とその応用展開

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テンプレートフリーなコロイド粒子の周期構造形成機構の解明と配列制御手法の確立を試みた。用いた手法は,メニスカス先端からの蒸発に誘起される溶媒の対流によりコロイド粒子を自己集積させる移流集積法である。本手法により,ストライプ状の粒子配列膜が形成される機構を明らかにするため,粒子濃度,粒子径,粒子種,蒸発速度などの操作因子が構造に及ぼす影響を系統的に調べ,構造周期性(粒子細線の幅・間隔)の予測を可能にするモデルを提案し,その定量的な妥当性を確認した。さらに,粒子の集積過程を,光干渉法を用いて直接観察した結果,周期構造の発現が,蒸発の進行に伴って下に引き伸ばされたメニスカスの破断現象に起因し,形成される周期構造は液の物性(メニスカス形状)によって決定することを明らかにした。透明導電膜などへの応用展開を考えたときには,このような周期性は自在に制御できることが望ましい場合がある。そこで,溶液の吸引(注入)操作によって液面高さを制御する「液レベル制御式移流集積法」を開発した。これにより,ストライプや格子ネットワーク状の粒子配列膜を自在に設計・制御することが可能となった。また,蒸発のみに頼っていた従来の移流集積法に比べて作製時間は1/10以下にまで短縮することに成功した。以上の結果は,自己集積プロセスのみによるコロイド粒子のパターン状配列手法を確立したという意味において,工学的に極めて意義深い成果であると言える。