蒸発抑制単分子膜

蒸発抑制単分子膜は、空気と水の界面に塗布すると、水面全体に広がり（または自己組織化し）、薄い膜を形成する材料です。これらの材料の目的は、ダムや貯水池からの蒸発による水の損失を減らすことです。

単分子膜の蒸発抵抗の根底にある特定のメカニズムは、水面上にこれらの物質が存在することによって形成される物理的障壁に起因すると考えられている（図を参照）。^[1]物質が水の蒸発にどの程度抵抗できるかはケースバイケースで扱うのが最善ですが、経験的に導き出された多くの式が報告されています。ブリュースター角顕微鏡（BAM）や斜入射X線反射率測定（GIXD）などの表面分光技術の登場以前は、単分子膜分子間の分子間距離が蒸発抑制を支配する最大の決定要因であると考えられていました。単分子膜の表面密度が十分に小さい場合、水分子は分子間の空間を通過すると推定されました。[ ^{2] [3] [4] [5]}しかし、散乱およびイメージングの結果から、単分子膜分子間の分子間距離は基本的に一定であり、蒸発はドメイン境界でより起こりやすいことが明らかになりました。^[6] 蒸発抑制単分子膜の有効性を左右する要因は、表面圧の変化にもかかわらず密に詰まったままでいる能力、水の表面および隣接する分子に付着する能力である。^[7]

アーヴィング・ラングミュアは1917年に水の上の単分子膜の幾何学的構造を正確に記述し、この研究により後にノーベル化学賞を受賞しました。^[8]これらの材料の蒸発抑制特性は、1920年代にリディールによって初めて報告されました。 ^[9] 1940年代には、ラングミュアとシェーファーが蒸発抵抗とその温度依存性を定量化しました。^[10]この研究はその後の10年間でアーチャーとラメールによって拡張され、表面圧、鎖長、単分子相、サブ相組成、表面温度への依存性を観察しました。^[4]オーストラリアでは当時、マンスフィールドによって大規模なフィールド試験が行われていました。 ^[11]彼は、実験室環境で確認された結果を実際の状況では再現できず、ほこりや風が蒸発抑制性能に悪影響を与えると報告しました。

その後の数十年間、研究の焦点はヘキサデカノール＋オクタデカノールなどの多成分単分子膜材料に絞られ、^[12] 脂肪族鎖の炭素数を変えたり、^[13]後には単分子膜の安定性を高めるために重合界面活性剤を添加したりすることになりました。^[14]

より優れた単層材料とより優れた単層分布法が必要であるが、現在のところこれらの困難を解決する方法は存在しない。^[15]

20 世紀の大半にわたってこの分野の研究が続けられてきましたが、耐久性があり、効果的で、安価な製品は市場に出ていません。最近、実験技術とモデリング技術の進歩により、これらの材料に対する理解が深まりました。

今世紀初頭のオーストラリアの長期にわたる干ばつの間、ポリマー紙幣の発明者であるデイビッド・ソロモン教授を含む多くの研究機関の科学者らが^[16]、有効で風の有害な影響に耐性があり、手頃な価格の製品の開発に着手した。小規模および大規模のフィールド試験に加えて、風や波の影響を模倣する制御された気候システムを備えた新しい蒸発タンクなどの新しい技術が活用され^[17]、原子レベルでの動的および幾何学的特性とマクロレベルでの蒸発抑制性能を関連付ける計算モデルが初めて採用された。^{[18] [19] [20]} エチレングリコールモノオクタデシルエーテルの使用により、風の存在下での蒸発抵抗が大幅に減少することがわかり、水溶性ポリマーの追加によりその効果がさらに向上した。^{[7] [21]}

アクアテイン社が製造するウォーターガードは、水分の蒸発を抑えるポリマーベースの素材を宣伝している。^[22] その他の製品には、ソーラーピル^[23]やウォーターセーバー^[24]などがある。これらの製品の有効性は証明されていない。^[要出典]

• 自己組織化単分子膜
• 単層