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Development of In-liquid Local Potential Distribution Measurement Technique Based on Atomic Force Microscopy and Its Applications to Nanoscale Studies

基于原子力显微镜的液体局部电势分布测量技术的发展及其在纳米尺度研究中的应用

基本信息

批准号：
20J14311
负责人：
平田海斗
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J14311/
关键词：
原子間力顕微鏡液中局所電位分布計測技術光触媒

项目摘要

本研究では、我々が独自開発した原子間力顕微鏡（AFM）ベースの液中電位分布計測技術（OL-EPM）の高感度・高速化と、開発技術を光触媒計測へ応用し、局所反応機構を明らかにすることが目的である。本年度は、研究成果①： OL-EPM計測高感度化のための超小型カンチレバー検討と、研究成果②：光感受性材料のための可視光レス計測AFMの開発とそれらを用いた光触媒反応の局所計測に取り組んだ。研究成果①では、収束イオンビーム走査電子顕微鏡で導電性AFM探針を自作することでOL-EPMでも超小型カンチレバーを実用化することに成功した。これにより、従来カンチレバーよりも5倍程度の力感度向上を実現した。同時に超高周波カンチレバーの使用は、OL-EPMの装置原理的制限を一部解決し、使用可能電解液濃度10 mMの制限を30 mMまで引き上げることを可能とした。研究成果②では、まず光触媒反応計測のための可視光レス計測を目的に、カンチレバー励振システムの改良を行った。励振方法の一つである磁気励振法は広く用いられている光熱励振法と異なり、光レス励振できる。これを改良・発展しOL-EPM計測でも使用可能なシステムを開発した。加えて、開発したカンチレバーと磁気励振システムで、BiVO4表面の光触媒反応分布のOL-EPM計測を行った。特性の異なる電解液中でOL-EPM計測することで、同じ水分解反応でも界面で生じる電荷蓄積の状態が異なり、それが直接反応状態にも関係する可能性を局所的に可視化することに成功した。このように本年度では、OL-EPMの高感度化技術の確立とAFMを構成する技術の改良に成功、加えて光触媒反応分布計測へとOL-EPM計測を応用できる可能性を示した。今後は、高速FPGAを用いてOL-EPM計測機能を有した自作AFMを開発することで、OL-EPM計測技術の高速化を目指す。

In this study, we independently develop high-sensitivity high-speed atomic force micrometer (AFM) technology for potential distribution measurement (OL-EPM), technology for photocatalyst design and application, and local agencies are responsible for the development of high-speed electronic potential distribution technology (OL-EPM). This year, research results 1: OL-EPM plans high-sensitivity experiments, ultra-miniature microphones, and research results 2: photosensitive materials can be used to test the performance of AFM photocatalysts. Research results 1. The results of the research are as follows: 1. The results of the research are as follows: Come on, come on. At the same time, the use of ultra-high frequency equipment, the control of the principle of OL-EPM equipment, and the use of a possible solution temperature of 10 mM limit can be used to limit the use of 30 mM devices. The results of the study show that the photocatalyst can be used to improve the performance of the system. The excitation method uses the light excitation method, the light excitation method and the excitation method. To improve the performance of the OL-EPM program, it is possible to start a program. Increase the temperature, open the magnetic excitation system, and the photocatalyst on the surface of the BiVO4 distributes the OL-EPM calculation line. The characteristics of the OL-EPM computer in the hydrolytic solution, the same hydrolytic reverse cycle interface, the battery storage device, and the possibility of the direct reaction of the battery in the hydrolytic solution have been successfully tested. This year, OL-EPM high-sensitivity technology has made sure that the AFM technology has been successfully improved, and the photocatalyst anti-distribution plan has been used to show the possibility of OL-EPM calculation. In the future, the OL-EPM computer for high-speed FPGA will be able to operate the AFM operating system and OL-EPM technology to improve the speed.