有機自己組織化単分子膜の成膜プロセスとメカニズム

有机自组装单层膜的成膜过程及机理

基本信息

批准号：
00J02443
负责人：
松浦俊彦
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J02443/
关键词：
有機薄膜自己組織化成膜プロセス流動配向法機能性有機分子

项目摘要

高度情報化社会に向けて、エレクトロニクスやフォトニクス分野においては、機能性有機薄膜の開発が重要な課題である。特に、自己組織化単分子膜(SAM)法や流動配向法を用いたLangmuir-Blodgett(LB)膜法は、新しい有機薄膜作製手法として注目されている。しかし、これらの成膜プロセスやメカニズムについては不明な点が多い。新たなデバイス開発の応用には、これらをナノスケールで明らかにすることが極めて重要である。本研究では、特異な光学特性を示す金属フタロシアニン分子のLB膜を作製した。従来のLB膜作製手法を駆使しても、それらのLB膜を成膜することはできなかった。しかし、我々の開発した流動配向法と溶液希釈法を用いることで、水面上に高秩序の膜を作製することに成功した。膜中における分子配向は、中心金属の種類に依存することが示唆された。LB膜は熱処理によって、構造がより高秩序化したことから、中心金属に配位した水分子が構造欠陥を引き起こす可能性があることを見出した。希釈溶液下に金(111)単結晶面を浸漬させることで、チオフェンを重合したポリアルキルチオフェンの自己組織化過程を検討した。水晶振動子マイクロバランス(QCM)法による測定結果から、低濃度域におけるポリ(3-アルキルチオフェン)の吸着等温線の形状は、急激に立ち上がりを示す高親和力型となった。これは高分子特有の強いファン・デル・ワールス力が、ポリ(3-アルキルチオフェン)の金表面への吸着を促進したと考えられる。しかし、ポリ(3-アルキルチオフェン)の金表面への吸着力は強いものの、そのSAM成膜には約1週間を要し、単量体アルキルチオフェン(約1時間)に比べて極めて長時間であった。これは高分子の自己組織化過程が低分子に比べて極めて複雑であることに由来する。具体的には、吸着初期に見られる溶媒分子の抱え込み吸着やループ形態の形成など、低分子で見られない高分子効果が見られる。

在电子和光子学领域，功能性有机薄膜的发展是朝着高度信息社会迈进的重要问题。特别是，使用自组装单层（SAM）和流动取向方法的Langmuir-Blodgett（LB）膜方法吸引了人们的注意，作为制造有机薄膜的新方法。但是，关于这些薄膜沉积过程和机制有许多未知数。在纳米级为新设备开发应用中澄清这些应用非常重要。在这项研究中，制备了具有独特光学特性的金属邻苯丙氨酸分子的LB膜。即使使用常规的LB膜制备技术，也不可能形成这些LB膜。但是，通过使用我们开发的流动取向方法和溶液稀释方法，我们成功地在水面上创建了高度有序的膜。有人提出，膜中的分子取向取决于中央金属的类型。由于通过热处理改善了LB膜的结构，因此已经发现与中央金属协调的水分子可能导致结构缺陷。研究了通过在稀释溶液下浸入金（111）单晶表面的聚烷基噻吩聚合的自组装过程。使用石英晶体微平衡（QCM）方法的测量结果表明，低浓度范围中聚（3-烷基噻吩）的吸附等温线的形状变成了高亲和力类型，显示出突然上升。人们认为这是聚合物独有的强范德华力促进了聚（3-烷基噻吩）上的吸附到金表面上的吸附。然而，尽管聚（3-烷基噻吩）在金表面上的吸附能力很强，但与单体烷基噻吩相比（大约1小时）相比，形成SAM膜花了大约一周的时间。这是因为与小分子相比，聚合物的自组装过程非常复杂。具体而言，观察到在小分子中未见的聚合物效应，例如在吸附开始时看到的溶剂分子的吸附和环形态的形成。