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水平・鉛直力を定量測定可能な摩擦力顕微鏡用マイクロプローブ

用于摩擦力显微镜的微探针，可定量测量水平和垂直力

基本信息

批准号：
16656015
负责人：
福澤健二
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

摩擦係数などの物理量を精度良く測定することが困難であり,定性的な可視化手段にとどまっていた従来の摩擦力顕微鏡に対して,本研究では,マイクロマシン技術を用いて作製する新しいプローブを提案し,摩擦力顕微鏡を定量測定可能な手段に発展させることを目的としている.開発するプローブでは,水平方向に働く摩擦力を平行板バネのたわみで測定し,鉛直方向の力については平行板バネ支持部を支えるねじり梁のねじれによって独立に測定する.従来のカンチレバーのねじれで測定するものと異なり,水平力・鉛直力を独立に同時測定可能な構造としている.平行板バネに要求される主な仕様は,微小な摩擦力が測定可能な柔らかいバネであること(水平方向バネ定数10N/m以下),鉛直力による連成をさけるために鉛直方向には剛性が高いこと(垂直方向バネ定数1000N/m以上),振動外乱にロバストであるため十分高い共振周波数を有すること(10kHz以上)であり,以上の要請を満たすために,平行板バネ部として幅200μm,板厚5μmという高アスペクト比(40:1)の微小構造体の作製が要求される.本研究では,結晶異方性を利用した化学エッチングを用いて作製を試みた.特に,本年度の研究では,シリコン基板(面方位(100))の結晶の方向とマスクパターンを工夫することにより,平行板バネ面に特定の結晶面(100面)が露出するように設定した.これにより板幅約200μm,板厚約数μmの平行板バネ構造の作製に成功し,本作製法より高アスペクト比の微小構造体の作製が可能であることを見出した.さらに,試作したプローブを用いて摩擦力分布および原子間力による形状分布の同時観測が可能であり,水平力と鉛直力の連成しない独立測定が可能であることも確認した.以上,本プローブにより水平・鉛直力を定量測定可能な摩擦力顕微鏡観測を可能とすることができた.

The friction coefficient is difficult to measure accurately, and qualitative visualization methods are used to develop new methods for quantitative measurement of friction force using micromirrors. The friction force in the horizontal direction is measured independently of the friction force in the vertical direction. The horizontal force and vertical force can be determined independently and simultaneously. Parallel plate production requirements, main body, small friction force, measurement possible, flexible, medium production, etc.(Horizontal direction: constant number: 10N/m or less), vertical force: (Vertical direction generation number 1000N/m or more), vibration external disturbance, resonance frequency (10kHz or more), the above requirements, parallel plate generation part amplitude 200μm, plate thickness 5μm, high frequency ratio (40:1). In this study, crystal heterogeneity was used as a catalyst for the preparation of crystals. In particular, this year's study was conducted to determine the crystal orientation of the substrate (plane orientation (100)) and the crystal orientation of the substrate (plane orientation). The fabrication of parallel plate structures with a plate width of about 200μm and a plate thickness of about several μm has been successfully carried out. In this paper, we try to use the friction force distribution and the shape distribution of the interatomic force to determine the possibility of independent determination of the horizontal force and the vertical force. Above, this paper quantitatively measures the horizontal and vertical forces of friction force and micro-mirror measurement.