AFM技術を用いた液体超薄膜の面内・面外高速流動特性に関する実験的研究

利用AFM技术研究超薄液膜面内和面外高速流动特性

• 批准号: 14702026
• 负责人: 松岡 広成
• 金额: $ 18.8万
• 依托单位: Tottori University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14702026/
• 关键词: マイクロ; ナノトライボロジー; 液体超薄膜; 原子間力顕微鏡(AFM); 分子間力; メニスカス力; 振動応答特性; マイクロメカニズム; 磁気ディスク装置

本研究の目的は、液体超薄膜(厚さ数nm)の面内・面外高速流動特性を実験的に解明し、学術的考察のみならず、微小機械の潤滑設計指針を得ることである。具体的には、i)原子間力顕微鏡(AFM)を用い、液体超薄膜の高速流動特性を超高精度に測定する手法を確立し、次に、これを用いて、ii)面外高速振動に対する液体超薄膜の流動特性、およびiii)面内高速摺動に対する液体超薄膜の流動特性を、種々の実験条件下で解明する。平成16年度は、超薄膜液体の高速流動特性のさらなる高精度計測に向けて、AFMカンチレバーの振動特性および一般的にAFMに用いられている光てこ法による振動計測について、理論的・実験的に検討を行った。まず、カンチレバー先端に集中質量がある場合(探針を想定)の振動特性解析を行った。その結果、カンチレバー全体の質量と集中質量との質量比により、補正係数が変化することを定性的に明らかにした。ここで補正係数とは、光てこ法がカンチレバーのたわみ角を測定しているため、これを変位振幅に変換する係数のことである。補正係数は、振動周波数にも依存している。次に、カンチレバー先端にばねが付加された場合(ファンデルワールス力やメニスカス力など、試料との相互作用を想定)の振動解析を行った。その結果、カンチレバーの静的ばね定数と先端付加ばねとのばね定数比によって補正係数が変化することを示した。さらに、本研究で製作したピエゾ素子振動特性測定装置を用いて加振部の振動特性計測を行うとともに、AFMでカンチレバー先端の振動特性計測を行った。得られた2つの結果から、カンチレバーの振幅比を実験的に求めることに成功した。

The purpose of this study is to clarify the in-plane and out-of-plane high-speed flow characteristics of liquid ultra-thin films (thickness of several nm), to conduct academic inspections, and to obtain lubrication design guidelines for micromachines. Specific details: i) The use of interatomic force microscopy (AFM) and the establishment of ultra-high-precision measurement methods for high-speed flow characteristics of ultra-thin liquid films, ii ) Out-of-plane high-speed vibration and liquid ultra-thin film flow characteristics, and およびiii) In-plane high-speed folding and in-plane folding liquid ultra-thin film flow characteristics are explained under various conditions. High-speed flow characteristics of ultra-thin film liquids, high-precision measurement of high-speed flow characteristics of ultra-thin film liquids, and vibration characteristics of AFM カンチレバーおよびGeneral にAFMに uses the いられている光てこ method and によるvibration measurement について, and the theoretical ・実験's に検検行った. Analysis of the vibration characteristics of the まず, カンチレバーApex concentrated mass がある case (probe scenario) を行った. The result of the test, the overall quality of the whole system, the concentrated mass, the mass ratio, the correction coefficient, the qualitative improvement of the quality.ここでCorrection coefficient とは、光てこ法がカンチレバーのたわみ角をmeasurement Fixed しているため and これを変 amplitude に変 are replaced by する coefficient のことである. The correction coefficient and the vibration frequency depend on each other. Second time, カンチレバーfront end にばねがpay plus された occasion (ファンデルワールスForce やメニスカス力など, sample interaction をscenario) vibration analysis を行った.そのRESULT, カンチレバーのstatic ばねfixed number と apex plus ばねとのばねdefinite ratio によって correction coefficient が変化 することをshow した. In this study, the vibration characteristics of the vibration characteristics measuring device of the したピエゾ element was produced by さらに, and the vibration of the いて excitation part was used. Characteristics measurement and measurement of vibration characteristics of AFM's advanced vibration characteristics. The results of られた2つのから、カンチレバーのamplitude ratio を実験’s らることにsuccessfulした.

项目成果

保科有希, 松岡広成, 福井茂寿: "AFMカンチレバーの非減衰強制振動とその4分割フォトダイオードによる測定に開する理論解析"日本機械学会中国四国学生会第34回学生員卒業研究発表講演会 講演前刷集. 206 (2004)

Yuki Hoshina、Hironari Matsuoka、Shigehisa Fukui：“AFM 悬臂的无阻尼受迫振动的理论分析及其使用 4 段光电二极管的测量”日本机械工程师学会、中国四国学生会第 34 届毕业研究报告讲座，讲座前打印206（2004）

H.Matsuoka, S.Fukui, H.Morishita: "Dynamics of Liquid Meniscus Bridge of Intermittent Contact Slider"IEEE Transactions on Magnetics. Vol.38, No.5. 2135-2137 (2002)

H.Matsuoka、S.Fukui、H.Morishita：“间歇接触滑块液体弯月桥的动力学”IEEE 磁学汇刊。

H.Matsuoka, S.Ohkubo, S.Fukui: "Dynamic Characteristics of Flying Head Slider Considering van der Waals Forces(Analyses Based on the Corrected van der Waals Force Equation for Multilayers)"Proceedings of the 2003 Magnetic Storage Symposium, Frontiers of M

H.Matsuoka、S.Ohkubo、S.Fukui：“考虑范德华力的飞头滑块的动态特性（基于多层修正范德华力方程的分析）”2003年磁存储研讨会论文集，M的前沿

松本俊二, 森下裕司, 松岡広成, 福井茂寿: "液体メニスカスが局在する固体面間に生ずる液体反力の解析(接触角が変化する場合の力学系の応答解析)"日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集. 297-198 (2002)

Shunji Matsumoto、Yuji Morishita、Hironari Matsuoka、Shigehisa Fukui：“分析液体弯液面局部的固体表面之间产生的液体反作用力（接触角变化时动力系统的响应分析）”日本摩擦学会摩擦学会议会议记录297-198（2002）

松岡広成, 福井茂寿: "近接する複合層に働くファンデルワールス力の汎用的近似式の導出(超微小すきま浮動形磁気ヘッドスライダの静的浮上解析への適用)"日本機械学会論文集,C編. 第69巻・686号. 2810-2817 (2003)

Hironari Matsuoka、Shigehisa Fukui：“作用于相邻复合层的范德华力的一般近似公式的推导（应用于超细间隙浮动磁头滑块的静态悬浮分析）”日本机械工程学会会刊，C版。第 69 卷，第 686 期。2810-2817（2003 年）