ナノトライボロジー研究のためのエネルギー散逸顕微鏡の開発

本研究は、(1)高精度の水晶マイクロバランス(QCM)測定技術と、測定位置を定め、水平力を測定する接触型原子間力顕微鏡(AFM)の技術を組み合わせたエネルギー散逸顕微鏡を開発と、(2)単結晶基板上の希ガス吸着膜のQCM測定を行い,動摩擦のエネルギー散逸の滑り距離依存性と,動摩擦の基板及び吸着膜依存性の知見を得ることを目的とする.以下に主な成果を述べる.(1)引き続き,顕微鏡の動作確認として,様々な基板振幅でHOPG(高配向熱分解黒鉛)試料についてエネルギー散逸を測定した.エネルギー散逸はグラファイトの格子定数程度の基板振幅で最大となり,その振幅を境にエネルギー散逸の振る舞いの傾向が変化する.このことから、エネルギー散逸に関わる何らかの典型的な長さが存在していることが示唆される.(2)液体窒素温度にてマイカ基板上のKr吸着膜の滑り摩擦のQCM実験を行った.マイカ基板のa軸に対して平行に振動するもの(試料A),30°傾いた方向に振動するもの(試料B)を用意し,滑り方向依存性と基板振幅依存性に注目して,2つの試料に対して共振振動数の面密度依存性を調べた.測定の結果,基板振幅が0.4nmのとき,試料Aを用いた測定では,単層のKr/Micaは基板振動にほとんど追従しない.一方,試料Bを用いた測定では,よく追従する.さらに,基板振幅が4nmのときは,どちらの試料の測定でも,単層のKr/Micaは基板振動にほとんど追従しない.これらの結果より,Kr/Micaの滑り運動は,基板振幅と運動方向の次の吸着サイトまでの距離の関係に強く影響を受けることが明らかとなった.

本研究は、(1)高精度の水晶マイクロバランス(QCM)測定技術と、測定位置を定め、水平力を測定する接触型原子間力顕微鏡(AFM)の技術を組み合わせたエネルギー散逸顕微鏡を開発と、(2)単結晶基板上の希ガス吸着膜のQCM測定を行い,動摩擦のエネルギー散逸の滑り距離依存性と,動摩擦の基板及び吸着膜依存性の知見を得ることを目的とする.以下に主な成果を述べる.(1)引き続き,顕微鏡の動作確認として,様々な基板振幅でHOPG(高配向熱分解黒鉛)試料についてエネルギー散逸を測定した.エネルギー散逸はグラファイトの格子定数程度の基板振幅で最大となり,その振幅を境にエネルギー散逸の振る舞いの傾向が変化する.このことから、エネルギー散逸に関わる何らかの典型的な長さが存在していることが示唆される.(2)液体窒素温度にてマイカ基板上のKr吸着膜の滑り摩擦のQCM実験を行った.マイカ基板のa軸に対して平行に振動するもの(試料A),30°傾いた方向に振動するもの(試料B)を用意し,滑り方向依存性と基板振幅依存性に注目して,2つの試料に対して共振振動数の面密度依存性を調べた.測定の結果,基板振幅が0.4nmのとき,試料Aを用いた測定では,単層のKr/Micaは基板振動にほとんど追従しない.一方,試料Bを用いた測定では,よく追従する.さらに,基板振幅が4nmのときは,どちらの試料の測定でも,単層のKr/Micaは基板振動にほとんど追従しない.これらの結果より,Kr/Micaの滑り運動は,基板振幅と運動方向の次の吸着サイトまでの距離の関係に強く影響を受けることが明らかとなった.