新規多機能ナノプローブ法の開発とナノトライボロジーへの応用

潤滑油/固体界面における潤滑油分子の挙動の分析は、潤滑の理解において重要である。これまで、我々は原子間力顕微鏡 (AFM) をベースとした、固体表面に対して垂直・水平方向の力を同時検出可能な技術、バイモーダルqPlus AFMを独自に開発してきた。本研究では、これを原子スケールの潤滑分析技術として確立するために、力検出感度の向上、検出量の定量化などの技術開発を行う。開発した技術によって潤滑油/固体界面を分析し、微視的な界面構造および界面における潤滑油の局所的な粘性を明らかにすることを目指す。前年度までの研究により、バイモーダルqPlus AFMによる垂直・水平力の定量的な同時検出が可能となった。本年度は、この技術を使用し、高分子潤滑油/固体界面の構造・力学応答に固体表面物性が及ぼす影響の分析に取り組んだ。AFMセンサの個体差の影響を排除するため、二種の材料表面がマイクロメートルスケールで混在する試料を作製して同一のセンサで分析する方法を選択した。グラファイト薄片を担持したマイカ基板に高分子潤滑油を滴下し、その界面をバイモーダルqPlus AFMで分析した。その結果、固体表面から数ナノメートルの範囲における潤滑油分子の密度分布の可視化と固体表面に対して垂直・水平方向の粘性抵抗の計測に成功し、二種の表面上においてそれらに違いがあることがわかった。つまり、固体表面近傍の高分子潤滑油の構造・粘度が固体表面物性に依存することが実験的に明らかになった。また、これらの結果により、開発したバイモーダルqPlus AFMの潤滑油/固体界面分析における有用性が示された。

潤滑油/固体界面における潤滑油分子の挙動の分析は、潤滑の理解において重要である。これまで、我々は原子間力顕微鏡 (AFM) をベースとした、固体表面に対して垂直・水平方向の力を同時検出可能な技術、バイモーダルqPlus AFMを独自に開発してきた。本研究では、これを原子スケールの潤滑分析技術として確立するために、力検出感度の向上、検出量の定量化などの技術開発を行う。開発した技術によって潤滑油/固体界面を分析し、微視的な界面構造および界面における潤滑油の局所的な粘性を明らかにすることを目指す。前年度までの研究により、バイモーダルqPlus AFMによる垂直・水平力の定量的な同時検出が可能となった。本年度は、この技術を使用し、高分子潤滑油/固体界面の構造・力学応答に固体表面物性が及ぼす影響の分析に取り組んだ。AFMセンサの個体差の影響を排除するため、二種の材料表面がマイクロメートルスケールで混在する試料を作製して同一のセンサで分析する方法を選択した。グラファイト薄片を担持したマイカ基板に高分子潤滑油を滴下し、その界面をバイモーダルqPlus AFMで分析した。その結果、固体表面から数ナノメートルの範囲における潤滑油分子の密度分布の可視化と固体表面に対して垂直・水平方向の粘性抵抗の計測に成功し、二種の表面上においてそれらに違いがあることがわかった。つまり、固体表面近傍の高分子潤滑油の構造・粘度が固体表面物性に依存することが実験的に明らかになった。また、これらの結果により、開発したバイモーダルqPlus AFMの潤滑油/固体界面分析における有用性が示された。