誘電分極現象に着目した有機ナノ界面膜の評価手法および柔らかいナノ構造体の物性

关注软纳米结构介电极化现象和物理性能的有机纳米界面膜评价方法

基本信息

批准号：
05J08616
负责人：
山本哲也
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度に、キラル棒状分子(DPPC)からなる単分子膜が、分子のキラリティーに依存したドメイン形状を形成することを実験的に確かめ、ドメインから発生する電気四重極子密度がそのドメイン形状のキラル依存性に重要な役割を果たすことを理論的に示した。右手キラル分子と左手キラル分子を混合して作成されるラセミ単分子膜から発生する誘電分極現象を測定しながら、ドメイン形状を観察した。その結果、右手分子と左手分子が混ざり合ったドメインが形成し、ドメインが大きくなると内部でキラル相分離が起きていることを示唆するスパナ形のドメイン形状が形成された。今年度は、さらにドメイン内部のキラル相分離を確かめるために、初年度に作成したBrewster角反射光測定法(BAM)の偏光測定を可能にして、Maxwell変位電流法、光第二次高調波測定法と合わせることによって、水面垂直方向の配向だけでなく、面内の配向も測定することを可能にした。これによって、初年度に掲げた目標の一つである、誘電分極現象の全体像を掴むことで、膜構造を総合的に評価できるシステムが構築できたことになる。しかし、スパナ形のドメインが形成されるほど大きなドメインを再現することが困難であり、キラル相分離が起きたときに予測される配向分布の非連続性の観測にはまだ成功していない。一方、理論的には、ラセミ単分子膜ドメインの静電エネルギーを解析することにより、静電エネルギーを最小化によってキラル相分離が起こり、電気四重極子密度がキラル相分離に重要な役割を果たすことを示した。これまでは、静電エネルギーを含む自由エネルギーの最小化から、安定なドメイン形状を理論的に調べてきた。ドメイン形状の形成の物理的描像をさらに明らかにするために、ドメイン境界の力学的平衡に注目してshape equationを求め、静電エネルギーがMaxwell応力として力学的平衡に寄与することを明らかにした。

去年，我们通过实验证实，由手性棒状分子（DPPC）组成的单分子薄膜形成了取决于分子手性的畴形状，并且该畴产生的电四极密度改变了畴形状。理论上表明手性依赖性起着重要作用。我们在测量由右旋和左旋手性分子混合制成的外消旋单分子层产生的介电极化现象时观察了畴形状。结果，形成了右手和左手分子的混合物域，并且随着域变得更大，它们形成了扳手形域形状，表明内部手性相分离。今年，为了进一步确认域内的手性相分离，我们将使用第一年创建的布儒斯特角反射测量方法（BAM）以及麦克斯韦位移电流方法和光学二次谐波来实现偏振测量通过将该方法与该方法相结合，不仅可以测量垂直于水面的方向，还可以测量平面内的方向。这意味着我们已经能够建立一个可以通过全面了解介电极化现象来综合评估膜结构的系统，这是我们第一年的目标之一。然而，很难复制足够大的域以形成扳手形域，并且我们还没有成功地观察到发生手性相分离时预期的取向分布的不连续性。另一方面，理论上，通过分析外消旋单层域的静电能，通过最小化静电能而发生手性相分离，并且电四极密度在手性相分离中起着重要作用。到目前为止，我们已经通过最小化自由能（包括静电能）从理论上研究了稳定的域形状。为了进一步阐明磁畴形状形成的物理图景，我们计算了关注磁畴边界机械平衡的形状方程，并阐明了静电能作为麦克斯韦应力对机械平衡的贡献。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Analysis of the orientational structure of monolayers comprised of banana-shaped achiral molecules at an air-water interface

空气-水界面处由香蕉形非手性分子组成的单分子层的取向结构分析

DOI：
发表时间：
期刊：
Colloids and Surfaces A : Physicochemical and Engineering Aspects (in press)
影响因子：
0
作者：
Tetsuya Yamamoto;Takaaki Manaka;Mitsumasa Iwamoto
通讯作者：
Mitsumasa Iwamoto

Chiral Phase Separation of Monolayer Domains Comprised Racemic Mixture of Chiral Phospholipids due to the Electrostatic Energy

静电能引起的包含手性磷脂外消旋混合物的单层域的手性相分离