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パルスレーザー光の放射圧を利用した微粒子の吸着力計測法の開発

开发利用脉冲激光辐射压测量细颗粒吸附力的方法

基本信息

批准号：
09555010
负责人：
笹木敬司
金额：
$ 5.57万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至 1998
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09555010/
关键词：
放射圧微粒子吸着光計測レーザーマニピュレーション

项目摘要

本研究では、集光レーザービームが微粒子によって散乱されるときにフォトンの運動量が受け渡されて発生する力「放射圧」を、微粒子と固体界面の吸着現象を解析するための光バネとして利用し、非接触・非破壊的にファン・デル・ワールス力を計測する新しい手法を開発した。ただし、吸着力は10^<-6>Nオーダーと強く、従来微粒子の操作に用いられてきたCWレーザーの放射圧では比較にならない。そこで、高強度のパルスレーザー(ピークパワー10^5W程度)を微粒子の側から平行光で照射し、瞬間的に発生した強い放射圧が吸着力を上回って微粒子が飛散するときのレーザー光強度から吸着力を求めるシステムを開発した。試作したシステムを用いて微粒子の粒径と吸着力の関係、微粒子に色素をドープして放射圧を増強したときの色素濃度とレーザー光強度しきい値の関係について実験を行い、リフシッツ理論から導かれるハマーカー定数やミー散乱理論による放射圧効率との整合性を確認し、本システムの有効性ならびに測定精度・感度を明らかにした。最近、原子間力顕微鏡を利用して微粒子に作用する微小な力を測定する試みも活発に成されているが、探針が微粒子や溶液と相互作用して系の物理・化学的状態が乱されるとともに、探針に完全に固定された微粒子は本来の挙動が抹消されてしまいin site測定は実現できない。これに対し、放射圧による光バネを用いれば微粒子と基板の吸着力を非接触に直接測定することができる。最近注目されている半導体ナノクリスタル、有機超微粒子、高分子凝集体、ミセル、色素分子会合体などの微粒子においても固体界面との相互作用は重要な課題であり、本システムによりそのメカニズムを解明することで新しい機能材料開発への道が開けるものと期待できる。

This study develops a new method for measuring the force generated by the absorption of particles and solid interfaces by using non-contact and non-contact methods. The absorption force is 10^ N. The emission pressure is 10 <-6>^N. In this case, the high intensity of the light beam (about 10^5W) causes the particles to emit parallel light, the instantaneous emission of strong radiation, the absorption force, and the upward scattering of particles. The experimental system was used to investigate the relationship between the particle size and absorption force of microparticles, increase the radiation pressure of pigments on microparticles, and the relationship between the pigment concentration and the light intensity of microparticles. The integration of the radiation pressure efficiency and the integration of the Hacker-fixed number and the scattered number theory based on the fuzzy theory was confirmed, and the effectiveness, measurement accuracy and sensitivity of the system were clarified. Recently, atomic force microscopy has been used to determine the micro-force of micro-particles. The micro-particle solution interaction has been completely fixed. The absorption force of particles and substrates can be measured directly without contact. Recently, attention has been paid to the interaction between semiconductor particles, organic ultrafine particles, polymer aggregates, pigment molecular aggregates and solid interfaces in fine particles.