有機分子修飾膜界面における固液親和性の分子動力学的研究

摘要

最先端の電子デバイス冷却技術に重要となる半導体素子や電極等の固体間接合界面においては，固体間のギャップを埋める熱界面材料（TIM)の性能向上が極めて重要である.このようなデバイスにおける実際の固体間接触面の物理的状態は必ずしも明らかになってはいないが，TIMの重要な要件の1つとして，固体面に対する親和性が挙げられる.すなわち，固体面にTIMが十分浸透し，実質的な固液の接触面積拡大を促すことが熱輸送効率向上に重要であると考えられる.そのため，固体表面の液体に対する親和性を柔軟に制御しうる手法が求められるが,ここでは有機分子修飾膜による固体表面修飾に着目する.特に自己組織化単分子膜(self-assembled monolayer, SAM)は，単分子層による表面修飾を実現し，固体表面の性状を柔軟に変更可能な技術として広く応用が進hでいる.そこで，本研究ではこれらソフトな固液界面における界面親和性を分子動力学（MD)シミュレーションによって定量評価する手法を確立し，界面親和性を支配する分子スケールメカニズムを理解することを目標として研究を行っている.まず本稿では，メチル末端（CH_3-)およびヒドロキシル末端（OH-)を持つSAMを修飾した表面上に，水およびn-hexane (C_6H_(14)の溶媒を液滴状に配置し，界面親和性を解析した.界面親和性を代表する特性として一般に用いられる固体面上の液滴の接触角をMDシミュレーションより解析した.さらに，先述した固体間の空隙に対して液体が濡れ広がる際に重要と考えられる界面親和性の指標として，浸漬仕事を評価した.ただし，ここではMDシミュレーションから得られる液滴の接触角を基に，Youngの式の成立を前提として間接的に評価した.また，接触角については現状で利用可能な実験値とも比較を行った.