固液ぬれ現象における原子配列の計測とぬれ駆動力の評価

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固-液界面における接触角をアトミックサイズで明らかにするために,本研究では,超高真空-原子間力顕微鏡を用いて,固液接触部の原子配列計測を試みた.代表的なぬれ形態を示す材料の組み合わせに対しAFM計測を行い,電子状態を観点からそれを分類し,さらに分子動力学的観点からぬれの駆動力を評価し,その大きさを電子密度やフェルミエネルギーなどの一般的な物性値から予測することを最終目的にしている.本研究では試料準備システムの組み込みに力をいれた.表面酸化などの汚染による影響を避けるため,基板の上にろう材を乗せた試料を超高真空・原子間力顕微鏡(AFM)チャンバー内で加熱・溶解させ,分析する試料を用意した.温度分布は熱電対で校正した赤外線センサーで測定した.試料は真空容器内から出さず,超高真空マニュピレーターで操作し,アトムスケールの接触角を計測を試みた.本研究の目的のためには、AFMチップと試料間の相互作用を理解した上で,AFM効果を解釈する必要が有ることが解った.またその際,AFMカンチレバ-の剛性が重要で有ることが解った.分子動力学計算では,通常の2体ポテンシャルでは固体を表すことが出来ない事を確認できた.密度凡関数近似による電子状態計算と関係つけられているModified Embedded Atom Methodでも通常の固体表面に適応するには不十分で有る可能性が示唆できた.