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レイヤーバイレイヤー（LbL）堆積は薄膜製造技術です。補完的な材料の層を交互に堆積させ、その間に洗浄ステップを挟むことで薄膜を形成します。これは、浸漬、スピン、スプレー、電磁気、流体工学などのさまざまな技術を使用して実現できます。[1]
発達
この技術を最初に実装したのは、デュポン社のJJカークランドとRKイラーで、1966年に微粒子を使用して実行されました。 [2]この方法は、後にヨハネス・グーテンベルク大学マインツのゲロ・デッチャーによって広範囲の高分子電解質への適用可能性が発見され、再び注目を集めました。[3]
実装
2 つの反対に帯電したポリイオンを + と - として定義し、洗浄ステップを W と定義することで、簡単な表現を作成できます。5 つの二重層を持つ LbL フィルムを作成するには、W+W-W+W-W+W-W+W-W+WW を堆積します。これにより、5 つの二重層、具体的には + - + - + - + - + - を持つフィルムが生成されます。
LbL 技術を静電気引力のみに基づく多層構造として表現するのは単純化です。このプロセスには、疎水性引力を含む他の相互作用も関与しています。[4]多層構造は、高分子ビルディング ブロックに典型的な複数の引力が協調して作用することで可能になり、静電反発力によって個々の層の吸収が自己制限されます。この相互作用の範囲により、LbL 技術を水素結合フィルム、[5]、ナノ粒子、[6]、同様に帯電したポリマー、疎水性溶媒、[7]、およびその他の特殊なシステムに拡張できます。[8]
二重層および洗浄ステップは、ディップコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティング、フローベース技術、電磁気技術など、さまざまな方法で実行できます。 [1]調製方法は、結果として得られるフィルムの特性に明確な影響を与え、さまざまなアプリケーションを実現できます。[1]たとえば、スプレーアセンブリで車全体をコーティングし、スピンアセンブリで光学的に透明なフィルムを調製するなどです。 [1] LbLフィルム堆積の特性評価は、通常、二重偏光干渉法やエリプソメトリーなどの光学技術、または水晶振動子マイクロバランスなどの機械技術によって行われます。[要出典]
LbL は他の薄膜堆積法に比べていくつかの利点があります。LbL はシンプルで安価です。LbL で堆積できる材料は、ポリイオン、金属、セラミック、ナノ粒子、生体分子など多岐にわたります。LbL のもう 1 つの重要な特性は、厚さを高度に制御できることです。これは、使用する材料、二重層の数、および組み立て技術に直接相関する、膜の可変成長プロファイルによって生じます。[1]各二重層は 1 nm の薄さにできるため、この方法では 1 nm の解像度で厚さを簡単に制御できます。
アプリケーション
LbLは、タンパク質精製、[1] 、 [9]、腐食制御、（光）電気触媒、[10] 、生物医学的用途、[11]、超強力材料、[12]など、さまざまな用途に応用されています。 [13] 酸化グラフェンからのLbL複合材料は、その後の数多くのグラフェンと酸化グラフェンの複合材料の出現を先導しました。 [14] リチウム電池用の還元酸化グラフェン複合材料の最初の使用も、LbL多層構造で実証されました。[15]
参照
参考文献
- ^ abcdef JJ Richardson; et al. (2015). 「テクノロジー主導のナノフィルムの層ごとの組み立て」. Science . 348 (6233): 6233. doi : 10.1126/science.aaa2491 . hdl : 11343/90861 . PMID 25908826.
- ^ JJ Kirkland (1965). 「ガス液体クロマトグラフィー用多孔質薄層改質ガラスビーズ支持体」.分析化学. 37 (12): 1458. doi :10.1021/ac60231a004.RK Iler (1966). 「コロイド粒子の多層構造」. Journal of Colloid and Interface Science . 21 (6): 569. Bibcode :1966JCIS...21..569I. doi :10.1016/0095-8522(66)90018-3.
- ^ Gero Decher、Jong - Dal Hong (1991)。「自己組織化プロセスによる超薄多層フィルムの構築、帯電表面へのアニオン性およびカチオン性双極性両親媒性物質の連続吸着」。Macromolecular Symposia。46 : 321。doi : 10.1002/masy.19910460145。
- ^ Nicholas A. Kotov (1999). 「層ごとの自己組織化：疎水性相互作用の寄与」.ナノ構造材料. 12 (5–8): 789. doi :10.1016/S0965-9773(99)00237-8.
- ^ アンドレ・ラシェフスキー;エリック・ウィッシャーホフ;ステフェン・デンジンガー;ヘルムート・リングスドルフ;アルノー・デルコルテ;パトリック・ベルトラン (1997)。 「高分子電解質多層膜における水素結合による分子認識」。化学: ヨーロッパのジャーナル。3：34。土井：10.1002/chem.19970030107。
- ^ Nicholas A. Kotov; Imre Dekany; Janos H. Fendler (1995). 「多電解質半導体ナノ粒子複合膜の層ごとの自己組織化」. Journal of Physical Chemistry . 99 (35): 13065. doi :10.1021/j100035a005.
- ^ 島崎 譲、三石 正也、伊藤 真三郎、山本 正英 (1997)。「電荷移動相互作用に基づく積層堆積型超薄膜の作製」。Langmuir . 13 ( 6): 1385. doi :10.1021/la9609579。
- ^ Nejla Cini、Tülay Tulun、Gero Decher、Vincent Ball (2010)。「層ごとの堆積の（ほぼ）すべてのルールに違反する自己パターン形成ポリ電解質フィルムの段階的な組み立て」。アメリカ化学会誌。132 (24): 8264–5。doi :10.1021/ja102611q。PMID 20518535 。
- ^ Liu, Weijing (2016). 「ニトリロトリアセテートを含むポリマーによるレイヤーバイレイヤー堆積、金属およびタンパク質結合フィルムを製造するための便利な方法」ACS Applied Materials & Interfaces . 8 (16): 10164–73. doi :10.1021/acsami.6b00896. PMID 27042860.
- ^ Jeon, Dasom; Kim, Hyunwoo; Lee, Cheolmin; Han, Yujin; Gu, Minsu; Kim, Byeong-Su; Ryu, Jungki (2017年11月22日). 「光電気化学 (PEC) 水分解のためのポリオキソメタレートのレイヤーバイレイヤーアセンブリ: モジュラー PEC デバイスに向けて」. ACS Applied Materials & Interfaces . 9 (46): 40151–40161. doi :10.1021/acsami.7b09416.
- ^ Hua Ai、Steven A. Jones、Yuri M. Lvov (2003)。「 ポリマー、酵素、ナノ粒子の静電的レイヤーバイレイヤーナノアセンブリのバイオメディカルアプリケーション」。細胞生化学と生物物理学。39 (1): 23–43。doi : 10.1385 /CBB:39:1:23。PMID 12835527 。
- ^ Zhiyong Tang 、 Nicholas A. Kotov、Sergei Magonov、Birol Ozturk (2003)。「ナノ構造人工真珠層」。Nature Materials。2 ( 6): 413–8。Bibcode :2003NatMa...2..413T。doi : 10.1038/nmat906。PMID 12764359 。
- ^ Decher, Gero (2012).多層薄膜 - ナノ複合材料の連続アセンブリ、第2巻。ドイツ、ヴァインハイム：Wiley-VCH。
- ^ Kotov, Nicholas A.; Dékány, Imre; Fendler, Janos H. (1996-08-01). 「自己組織化によって作製された超薄グラファイト酸化物-ポリ電解質複合体: 導電性と非導電性状態間の遷移」. Advanced Materials . 8 (8): 637–641. Bibcode :1996AdM.....8..637K. doi :10.1002/adma.19960080806. ISSN 1521-4095.
- ^ Fendler, Janos H. (1999-01-01). 「高エネルギー密度充電式リチウムイオン電池の構築に対するコロイド化学的アプローチ」Journal of Dispersion Science and Technology . 20 (1–2): 13–25. doi :10.1080/01932699908943776. ISSN 0193-2691.