水を含まないシャボン膜「乾燥泡膜」を世界で初めて発見
究極の薄さを持つ自己支持性膜作製への道を拓く
独立行政法人物質・材料研究機構
NIMSの物質研究所 高分子性酸化物グループは、水を全く含まない泡膜が存在することを世界で初めて発見した。
概要
- 独立行政法人物質・材料研究機構 (理事長 : 岸 輝雄) 物質研究所 (所長 : 室町 英治) 高分子性酸化物グループの一ノ瀬 泉 アソシエートディレクターは、同グループの黄 建国 (Huang Jianguo) 研究員、ならびにジン・ジャン (Jin Jian) 特別研究員らとともに、水を全く含まない泡膜が存在することを世界で初めて発見した。
- シャボン玉やセッケンの泡は、界面活性分子で表面が覆われた薄い水の膜でできている。水の膜の厚みが光の波長の4分の1程度になると、光の反射強度が弱まって黒く見えるため、黒膜 (Black Film) と呼ばれる。このような薄膜の存在は、1672年、ロバート・フックによって確認されている。一方、シャボン玉の干渉光とその膜厚との関係は、1704年、アイザック・ニュートンによって体系化されている。以来約300年、界面活性分子の泡膜に関する多くの研究が行われてきた。しかしながら、その全ては、構造安定化のための水を必要とし、乾燥すると消滅するような膜であった。
- 今回、数マイクロメートルの微細なフレームの中で様々なシャボン膜を作製し、乾燥後、その形態を観察する研究が系統的に行われた。その結果、特定の界面活性分子を用いた場合、厚みが分子2個分に相当する極めて薄い膜 (乾燥泡膜) として安定に存在できることが発見された。このような乾燥泡膜には、150℃以上の熱安定性を示すものもあり、超高真空下でも安定に存在できる。
- 本技術は、シャボン膜を利用しているため、マイクロメートル領域の様々な細孔中にナノ薄膜を作製できる。また、気相法の薄膜形成技術と組み合わせることで、有機・無機、金属あるいは酸化物を含んだ様々な自己支持性膜の作製技術となることが実証されている。このようなナノ薄膜は、次世代のグリーンプロセスを支える分離プロセスに寄与し、マイクロ化学プロセスあるいはMEMSに不可欠な機能要素としても重要な役割を果たすことが期待され、具体的には水素や酸素などを選択的に透過するナノ分離膜の開発、あるいはセンサーの開発などに寄与できると考えられる。
- この成果は、平成17年7月にAngewandte Chemie International Editionに掲載される予定である。
乾燥泡膜のSEM像
