液中表面間力に対する溶媒和および吸着分子の影響

点击翻译按钮获取中文摘要

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。