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

利用非线性动力学开发各种自组织有序结构并构建三维纳米结构

• 批准号: 05J09933
• 负责人: 長井 智幸
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Osaka University
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J09933/
• 关键词: 電気化学; 振動現象; 金属電析反応; 界面; 非線形現象; 自己組織化

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。

众所周知，时间和空间振动是电化学反应系统中的自组装现象之一，出现在各种系统中。其中，从振动现象的时间序列记录并固定为电极表面上的沉淀物的空间顺序，伴有金属沉积的振动电沉积反应非常有趣。今年，我们发现，在低融化金属的电沉积反应期间，电极水界面界面处的界面张力异常高，因此在三相界面的电沉积反应过程中发生时间和空间振动现象的机制。 1。当锌沉积在硫酸锌水溶液的液液界面和在电流调节条件下丁基溶液的液体液体界面时，当沉积电流超过扩散控制电流时，沉淀物在液 - 液体界面中间隔地生长，并伴随着潜在的振动和甲壳膜振动。从电沉积反应期间的非平衡界面张力的角度阐明了这种机制。 2。当CUSN合金从含有阳离子表面活性剂的水溶液中以恒定电势沉积时，由于反复的吸附和表面活性剂的解吸而导致电流振动，从而导致纳米级多层膜。目前，高电流状态和低电流状态问题之间的过渡从电极表面上的一个点传播到整个电极，并且被视为振荡的电化学反应波。已经发现，由于在电化学反应波的前部形成的组成梯度，油滴是由界面张力梯度驱动的。 3。我们发现，在低融化金属的电沉积反应期间，电极表面的油滴自发脉动，并揭示了由油滴前和之后用作驱动力之前和之后的Adatom浓度差异引起的界面张力梯度的机制。这项研究不仅通过振动电沉积反应加深了我们对自组装现象的理解，而且还为尚未完全理解的结晶过程提供了新的观点。

项目成果

Highly Ordered Chevron-Shaped Arrays of Continuous Copper Nano-Dot Lines Formed by Electroless Deposition on Hydrogen-Terminated Si(111) Surfaces

通过在氢封端的 Si(111) 表面上化学沉积形成高度有序的连续铜纳米点线 V 形阵列

• 发表时间: 2006
• 期刊: Journal of Physical Chemistry B 110
• 作者: A. Takayama;MJ Sato;Y. Arai;T. Yanasida;M. Ueda;佐藤 雅之;佐藤 雅之;Shuji Nakanishi;Tomoyuki Nagai;Shuji Nakanishi;Tomoyuki Nagai
• 通讯作者: Tomoyuki Nagai

Observation of synchronized spatiotemporal reaction waves in coupled electrochemical oscillations of an NDR type

• DOI: 10.1016/j.elecom.2005.02.016
• 发表时间: 2005-04
• 期刊: Electrochemistry Communications
• 影响因子: 5.4
• 作者: Satoshi Fukushima;Shuji Nakanishi;Kazuhiro Fukami;Sho-ichiro Sakai;T. Nagai;T. Tada;Y. Nakato

電析反応中の電極表面に置かれた微小油滴の自発ベクトル運動

电沉积反应期间放置在电极表面上的微小油滴的自发矢量运动

• 发表时间: 2007
• 作者: A. Takayama;MJ Sato;Y. Arai;T. Yanasida;M. Ueda;佐藤 雅之;佐藤 雅之;Shuji Nakanishi;Tomoyuki Nagai;Shuji Nakanishi;Tomoyuki Nagai;Tomoyuki Nagai;Satoshi Fukushima;Toshio Tada;中西 周次;伊原 大介
• 通讯作者: 伊原 大介

Ordered Nanogroove Arrays on n-TiO2 with a Variation of the Groove Depth, Formed by Self-Organized Photoetching

• DOI: 10.1021/jp067549q
• 发表时间: 2007-02
• 期刊: Journal of Physical Chemistry C
• 影响因子: 3.7
• 作者: Shuji Nakanishi;Takatoshi Tanaka;Yuichiro Saji;E. Tsuji;Satoshi Fukushima;Kazuhiro Fukami;T. Nagai;Ryuhei Nakamura;A. Imanishi;Y. Nakato

Vectorial motion of an oil droplet driven by an electrochemical oscillation

电化学振荡驱动的油滴矢量运动

• 发表时间: 2007
• 作者: T. Nagai;D. Ihara;S. Nakanishi;Y. Nakato
• 通讯作者: Y. Nakato