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分子集合材料工学

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教授:松本 睦良
助教:村井 一喜

有機分子を思い通りに並べて材料開発

親水性の部分と疎水性の部分を併せ持つ両親媒性分子は超薄膜を初めとしてさまざまな分子集合体を形成します。省エネルギー性で環境にやさしい製造プロセスの実現を目指し、私たちの研究室では分子集合体を利用した材料開発について研究を行っています。例えば、両親媒性分子が水面上に形成する単分子膜や分子が自ら整列して形成する自己組織化膜を用いた微細化技術に関する研究、光機能性有機材料に関する研究を行っています。

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研究例

水に不溶な両親媒性分子を空気側・水側に向けた単分子膜の形成

水に不溶な両親媒性分子はその疎水部を空気側、親水基を水側に向けた単分子膜を形成します。この単分子膜を固体基板に写し取って作製した膜をLangmuir-Blodgett (LB)膜と呼びます。LB膜は分子サイズの厚みを持ち、分子配向性に優れた有機超薄膜です。LB膜はボトムアッププロセスを利用した自己組織化により形成されるので、その作製プロセスが省エネルギー性であり、環境負荷が小さいという利点があります。二種類以上の両親媒性分子を混合して作製したLB膜中では相分離が起こり、秩序だったパターンを形成します。3次元における典型的な相分離は、水と油が混ざらずに水の層の上に油の層が形成する現象です。これは水と油の性質が大きく異なるために起こる現象です。もう少し性質が似ている物質同士の場合はどのような現象が起こるかを、単分子膜という擬2次元の場を用いて研究を行っています。相分離のパターンは両親媒性分子の化学構造に依存します。また相分離のパターンはLB膜作製条件にも依存します。このようにして、相分離パターンをナノメートルスケールで制御することが可能であることを明らかにしています。

単分子膜の形成

物質のパターニング

現在の情報化社会を支える半導体産業において、物質のパターニングは重要なプロセスであり、トップダウン法を用いて行われています。しかしトップダウン法を用いたプロセスでは消費エネルギーが大きくまた環境負荷が大きくなります。この問題を解決するために、ボトムアップ法である自己組織化プロセスを利用した物質のパターニングに関する研究を行っています。水に不溶な2種類以上の両親媒性分子が水面上で形成する相分離混合単分子膜を固体基板に写し取って相分離混合LB膜を作製します。両親媒性分子の一つとしてシランカップリング剤を用いて混合単分子膜を作製すると、この分子は固体基板と共有結合を形成することから、相分離パターンを固定化し、鋳型を作製することができます。この鋳型を用いて、金ナノ粒子、シリカ粒子、金属、無機酸化物、色素、ポリマーブラシのパターニングを行っています。

物質のパターニング

半導体産業における、高速・高密度記録媒体へのニーズ

現在の情報化社会を支える半導体産業において、高速・高密度記録媒体へのニーズが増大しています。現行の記録媒体としては有機化合物、無機化合物の両方が用いられています。DVD-R,CD-R等の記録媒体には有機材料が利用され、光を用いたヒートモードでの情報の書き込みが行われています。記録密度向上のための一つの方法はフォトンモードでの記録を用いることです。フォトクロミック化合物からなる有機超薄膜は、フォトンモードでの記録が可能であり、その上、多重記録による高密度記録も可能です。スピロピランと呼ばれるフォトクロミック化合物は光を照射することで、長波長シフトした線幅の狭い吸収を有する J会合体を形成します。我々の研究室では、このスピロピランを用いて水面上の単分子膜およびLB膜を調製し、その構造特性や光学特性について検討を行っています。またフォトマスクを通して光を照射することにより、J会合体のパターンを作製することができます。

高速・高密度記録媒体へのニーズ

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