Experimental Study of Solid-Liquid Interface at the Nanoscale

纳米尺度固液界面实验研究

• 批准号: 20H02089
• 负责人: 高橋 厚史
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02089/
• 关键词: ナノマイクロ熱工学; TEM; AFM; ナノバブル; グラフェン; 固液界面; 原子間力顕微鏡; 透過電子顕微鏡

固液界面での水の安定構造と固気液三相界線の動特性を固体面から数ナノメートルオーダーの領域において解明する。特に、理論的研究で解決できていない吸着気体分子や不純物および固体表面の不完全性の影響について、原子間力顕微鏡(AFM)と透過電子顕微鏡(TEM)を併用して実験的に探求する。最終的には応用製品へと繋がるような体系的知見を得ることを目指している。今年度は、TEMホルダーにDENS solutionsのWildfire Chipを装着し、試料を1000度Cまで加熱する実験系を構築した。これを用いて、グラフェン同士で挟まれた厚さ10nm程度の水（グラフェンウォーターポケット(GWP)）を300度Cまで加熱したところ蒸気泡の生成は起こらず、電子線照射で生成した水素気泡についても膨張する様子はほとんど見られなかった。このことからGWP内は高圧状態になっていることが推定されたが、サイズがミクロンオーダーであることから圧力計測は容易でなく、今後の重要な検討課題となった。一方、常温でこの水素気泡にあえて外力を加えて動的挙動をTEM観察することで、固気液三相界線（接触線）をナノスケール観察し、ピニングに関する新しい知見を得ることができた。具体的には、マクロスケールで考えられている固体面に接触した三相接触線以外にも、数nm程度の液膜が保持された「接触しない」接触線があるという実験結果であった。また、AFMを用いたナノバブルの加熱実験で得られた特異な気泡形状については、マイクロパンケーキがナノバブルへ気体分子を供給しているというモデルで説明することができた。

Solid-liquid interface で の の stable tectonic と solid 気 liquid water three-phase boundary の を dynamic characteristics of solid surface か ら number ナ ノ メ ー ト ル オ ー ダ ー の field に お い て interpret す る. に, theory research で settle で き て い な い sorption 気 body molecular や impurity content お よ び solid surface の incompleteness の influence に つ い て, interatomic force 顕 micro mirror (AFM) と through electronic 顕 micro mirror (TEM) を with し て be 験 に pursuit す る. The final に に 応 応 uses the へと繋がるような system of products and the を る とを とを とを points to the て て る る. Our は, TEM ホ ル ダ ー に DENS solutions の Wildfire Chip を し, sample を 1000 C ま heating で す る be 験 department を build し た. こ れ を with い て, グ ラ フ ェ ン with "で carry ま れ た さ 10 nm thick degree の water (グ ラ フ ェ ン ウ ォ ー タ ー ポ ケ ッ ト (GWP) を 300 C ま で heating し た と こ ろ steamed 気 bubble の generated は up こ ら ず で, electron irradiation generated し た 気 bubble water element に つ い て も expansion す る others child は ほ と ん ど see ら れ な か っ た. こ の こ と か ら GWP は 圧 high status in に な っ て い る こ と が presumption さ れ た が, サ イ ズ が ミ ク ロ ン オ ー ダ ー で あ る こ と か ら pressure measuring は easy で な く, the next important な の 検 for subject と な っ た. Side, normal temperature で こ の 気 bubble water element に あ え て を add force え て 挙 of move を TEM 観 examine す る こ と で liquid and solid 気 three-phase line (the line of contact) を ナ ノ ス ケ ー ル 観 し, ピ ニ ン グ に masato す る new し い knowledge を must る こ と が で き た. Specific に は, マ ク ロ ス ケ ー ル で exam え ら れ て い る に solid surface contact し た three-phase contact line outside に も, degree of several nm の liquid membrane が keep さ れ た "contact し な い" contact wire が あ る と い う be 験 results で あ っ た. ま た, AFM を い た ナ ノ バ ブ ル の heating be 験 で have ら れ た specific な 気 bubble shape に つ い て は, マ イ ク ロ パ ン ケ ー キ が ナ ノ バ ブ ル へ 気 body molecular を supply し て い る と い う モ デ ル で illustrate す る こ と が で き た.

项目成果

TEMを用いたナノバブルの温度応答に関する実験的研究

纳米气泡温度响应的TEM实验研究

• 发表时间: 2020
• 作者: 正覚 雄善;Sarthak Nag;塘 陽子;李 秦宜;生田 竜也;河野 正道;髙橋 厚史
• 通讯作者: 髙橋 厚史

純水中の高配向性グラファイト表面に吸着した気体分子について

关于纯水中高取向石墨表面吸附的气体分子

• 发表时间: 2020
• 作者: 手嶋秀彰;高田保之;高橋厚史
• 通讯作者: 高橋厚史

In-situ observation of nanoscale bubble behavior induced by damage of graphene liquid cells

石墨烯液体细胞损伤引起的纳米级气泡行为的原位观察

• 发表时间: 2021
• 作者: Hirokawa Sota;Teshima Hideaki;Solis-Fernandez Pablo;Ago Hiroki;Li Qin-Yi;Takahashi Koji
• 通讯作者: Takahashi Koji

Slip length measurement in rectangular graphene nanochannels with a 3D flow analysis

• DOI: 10.1016/j.carbon.2021.12.048
• 发表时间: 2021-11
• 期刊: Carbon
• 影响因子: 10.9
• 作者: Kuan-Ting Chen;Qinyi Li;Takeshi Omori;Y. Yamaguchi;T. Ikuta;Koji Takahashi

Modulation of thermal transport in individual carbon nanotubes by water filling

通过注水调节单个碳纳米管的热传输

• 发表时间: 2021
• 作者: Kimura Ryota;Teshima Hideaki;Li Qin-Yi;Takahashi Koji
• 通讯作者: Takahashi Koji