汎用溶媒を介した室温でのVapor-Liquid-Solid型結晶成長への挑戦

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本研究では、常温のコロイド分散液を用いてＶａｐｏｒーＬｉｑｕｉｄーＳｏｌｉｄ（ＶＬＳ）機構が起こる可能性を検討している。ＶＬＳ機構は、無機半導体材料で生じるウィスカー生成のメカニズムとして提唱され、ナノワイヤーなどの極細の一次元材料の生成手段として用いられている。原料原子の金属液体への自発的な溶け込みを利用しているが、原子とはスケールが大きく異なるコロイド粒子に適用できる可能性を検討している。1つの重要な点は、気液や液液の界面を介した物質移動がどのように起こるのか、という学術理解である。2年目はこの点に力点を置き、水と油の界面で物質移動がどのように起こるのかを基礎的な系で検討した。具体的には、両親媒性の分子(界面活性剤)をモデルとして用い、水と油(不揮発)の両方に溶解させた。密度の関係で水の上に油が存在するlayer-by-layer構造である状態で、下層の水を蒸発させると、水中の活性剤濃度が上昇する。これに伴って、水中で過剰となった活性剤分子が油中に自発的に移動する。この移動速度と、活性剤の油相への移動に伴う水の蒸発速度の変化を測定した。その結果、活性剤が油中に移動するほど水の蒸発速度が下がること、蒸発で水の割合が大きく減ると、水と油の活性剤濃度が平衡組成からずれること、を明らかにした。特に平衡組成からのズレは、水の蒸発速度が極めて遅い条件でも確認された。平衡状態での溶解度は、速度過程での溶解濃度を考える上で参考程度にしかならないことを意味する。コロイド粒子の分散限界濃度についても同様のことが言えると推察される。界面が関わる複雑な現象の一端を明らかにできた。