液中表面間力に対する溶媒和および吸着分子の影響

溶剂化和吸附分子对液体表面力的影响

• 批准号: 21K03836
• 负责人: 松岡 広成
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Tottori University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03836/
• 关键词: 表面力; 溶媒和; 吸着分子; 液体中; 超高精度計測; 表面・界面

近年、様々な機械で超精密作動性が要求されている。また、小型化も加速しており、微小機械要素の加工技術及び超精密作動性の向上が重要性を増している。小型化に伴いスケール効果が生じるため、凝着力などの表面間力の影響が慣性力や重力などの体積力に比べて顕著となる。その結果、表面間力が超精密動作性能を左右することになり、表面間力の発生メカニズムと基本特性の解明が課題となっている。こうした状況の下、本研究の目的は、液体中での表面間力を対象として、液体の固体表面への溶媒和および吸着分子の影響を明らかにすることである。より具体的には、(A) 超高精度表面間力測定装置を用いて液体中での球・平面間の表面間力を2面間距離の関数として測定し、これを真空中・空気中での測定結果と比較することによって、種々の材料の組み合わせでの液体の溶媒和および吸着分子の影響を明らかにすること(B) 上記の測定装置を用いた場合の表面間力計測シミュレーションを行い、液中表面間力の特性抽出・成分抽出をより高精度に行う手法を開発することである。今年度に実施した研究の成果について、まず(A)については、引き続き水中での実験を行い、より高精度に表面間力を測定した。特に、接近・引き離し速度を変化させてその表面力の変化を観察した。また、液体中での固体表面の吸着分子を定量的に把握しつつ表面力を測定する必要性から、QCMを表面力測定装置に組み込み、表面力と同時にQCMの周波数シフトを測定する手法の構築に着手した。まだ空気中の測定にとどまっているが、今後液中での測定に展開していく予定である。上記(B)については、昨年度開発に着手したソフトをベースに、粘弾性および周囲液体を考慮できるよう改良を行った。現段階ではまだ開発途中であるが、実験結果の一部を定性的に説明する計算結果を得られるようになった。

In recent years, the ultra-precision actuation of the machine is required. The importance of miniaturization, acceleration, machining technology of micro-mechanical elements and ultra-precision actuation has increased. Miniaturization is accompanied by the formation of surface forces such as imaginary forces, gravitational forces, and volumetric forces. The results show that the surface force is related to the ultra-precision operation performance, and the surface force generation is related to the basic characteristics. Under these circumstances, the purpose of this study is to clarify the effects of surface forces on liquids, solvents and adsorbed molecules on the surfaces of liquids and solids. (A) Ultra-high precision surface-to-surface force measurement device for measuring the relationship between the distance between the surfaces of spheres and planes in liquid and vacuum and air.(B) We can clearly understand the influence of solvents and adsorbed molecules in liquids on the composition of various materials.(C) We can implement a surface-to-surface force measurement system where the measuring device described above is used, and develop a high-precision method for extracting the characteristics and components of the surface-to-surface force in liquids. This year, the results of the research have been carried out with high precision. Special, approach and departure velocity changes and surface forces change. The necessity of quantitative determination of adsorbed molecules on solid surfaces in liquids and the construction of methods for measuring QCM surface forces The determination in the air and the determination in the liquid will be carried out in advance. Note (B) that the development of new technologies and technologies in the past year has begun to improve the development of new technologies and technologies, and the development of new technologies and technologies in the past year has also begun to improve the development of new technologies and technologies. At this stage, the results of the calculation are explained qualitatively.

项目成果

引き離し速度を制御した表面力の高精度測定

通过受控分离速度高精度测量表面力

• 发表时间: 2022
• 作者: Negishi Hideyo;Kondo Masahiro;Amakawa Hiroaki;Obara Shingo;Kurose Ryoichi;田中 一吉，中村 拓己，小林 隼人，長谷川 真之，石川 功，松岡 広成，加藤 孝久
• 通讯作者: 田中 一吉，中村 拓己，小林 隼人，長谷川 真之，石川 功，松岡 広成，加藤 孝久

水晶振動子(QCM)を用いた表面力測定に関する基礎研究（引き離し速度および総接触時間の影響）

使用石英晶体单元（QCM）测量表面力的基础研究（拉脱速度和总接触时间的影响）

• 发表时间: 2023
• 作者: 福岡大悟;岩野耕治;伊藤靖仁;白濱 修己，重本 武人，石川 功，松岡 広成
• 通讯作者: 白濱 修己，重本 武人，石川 功，松岡 広成

Withdrawal Speed Dependence of Surface Force and Resonant Frequency Shift of QCM During Contact Between Au Electrode Plane and PDMS Spherical Surface

Au电极平面与PDMS球面接触时表面力与QCM谐振频移的拉出速度依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: T. Shigemoto;T. Kono;T. Ishikawa;and H. Matsuoka
• 通讯作者: and H. Matsuoka

Simultaneous Measurements of Surface Force and Resonant Frequency Shift of QCM

同时测量 QCM 的表面力和谐振频移

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Matsuoka;T. Kono and T. Ishikawa
• 通讯作者: T. Kono and T. Ishikawa

表面力測定装置のシミュレーション （ 球・平面に対する理論解析）

表面力测量装置模拟（球面和平面的理论分析）

• 发表时间: 2022
• 作者: 大谷清伸;小川俊広;阿部淳;中川敦寛;鈴木 礼 生，小林 隼人，長谷川 真之，加藤 孝久，石川 功 ，松岡 広成
• 通讯作者: 鈴木 礼 生，小林 隼人，長谷川 真之，加藤 孝久，石川 功 ，松岡 広成