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水面上に展開された単分子膜はラングミュア膜と呼ばれ、LB膜の材料として工業的に重要である。またラングミュア膜はその環境によってさまざまな相変化を示すなど、2次元の物理という観点からも興味深い研究対象である。我々はこれまで、液体表面を伝搬する高周波表面波を光散乱法によって非接触で測定する手段を開発し、これを用いてラングミュア膜の分子ダイナミクスの研究を行ってきた。リプロンと呼ばれるこの表面波動の測定によって、わずか一層の分子膜の凝集状態を高感度で検出することができる。本研究は、この光散乱測定システムの空間分解能をさらに高め、それを2次元走査系と組み合わせることにより新しいラングミュア膜の構造観察手段「リプロン顕微鏡」を開発すること、さらに完成したシステムを用いてラングミュア膜の構造とこれを前駆体として形成されるLB膜の機能との関連を研究することを目的とした。リプロン顕微鏡は表面の単分子層が表面エネルギーや表面弾性率などの力学物性には非常に敏感に影響することを利用したもので、ラングミュア膜の構造観察を可能にする有力な手段である。またこの顕微鏡は非接触かつリアルタイムの測定が可能であり、不安定で壊れやすいラングミュア膜の観察に極めて適している。
我々はまず、リプロン光散乱装置の高性能化をはかり光学系、信号処理系、光走査系などの最適化によってラングミュア膜可視化装置の分解能と迅速性を向上させた。こらにより数10μm程度の空間分解能でラングミュア膜の構造を測定することが可能になった。さらに完成した装置を用いて、水面上に形成された各種のラングミュア膜の構造を調べ、2次元物質における熱膨張や相転移、臨界現象の研究を行った。その結果、2次元においても物質は3次元と同様な臨界現象を示すこと、その振る舞い平均場理論の枠内で説明できることなど、ラングミュア膜に対する多くの知見を得ることができた。

【研究分担者】
酒井啓司	東京大学	生産技術研究所	助教授	(Kakenデータベース)
徳井孝明	旭化成工業	研究員
徳井孝昭	旭化成工業	研究員