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固液界面ナノバブル周辺の分子間力分布計測を基盤とする新たな界面工学への挑戦

基于固液界面纳米气泡周围分子间力分布测量的界面工程新挑战

基本信息

批准号：
18J11880
负责人：
手嶋秀彰
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は昨年度に引き続き、従来の方式よりはるかに高感度な周波数変調型原子間力顕微鏡(FM-AFM)を用いて高配向性グラファイト(HOPG)－純水界面に存在する気相の高分解能イメージングを行った。探針の濡れ性や振動振幅を最適化することで、マイクロパンケーキと呼ばれる数 nmの均一な厚みを持つ気相に加えて、従来の計測手法では観察できなかった気体分子の吸着層を観察することができた。また、気体分子の吸着層には基板表面の結晶構造に影響を受けて整列する整列層とその上を覆うように存在する非整列層の2種類が存在することが明らかになった。非整列層の上に現れたマイクロパンケーキは探針の動きに沿って移動するが、その可動性は非整列層の縁で制限されることがわかった。この結果は、吸着気体分子層がHOPG表面にナノスケールの凹凸を作ることでピニングを引き起こし、現行の安定性理論の鍵であるにも関わらず未だ全く解明されていない界面ナノバブルの強いピニングの起源となり得ることを示す重要な知見である。並行して、微小振動するAFM探針をｚ・ｘ方向に走査した際の共振周波数の変化を記録する分子間力分布計測を行うことで、固液界面近傍の2次元周波数シフトカーブを得た。吸着気体分子層がない界面では水和構造(固体表面近傍にのみ現れる水分子密度が垂直方向へ周期的に変化する構造)の水分子密度に由来する周波数シフトが観察された一方、吸着気体分子層がある場合はその気体分子密度に由来する周波数シフトが観察された。得られた周波数シフトカーブを比較した結果、吸着気体分子層の各層は水和構造内の水分子が疎な領域に位置し、水分子が密な領域(水和層)に挟まれるように存在していることが示唆された。これらの研究成果は界面ナノバブルの物理のみならず疎水性相互作用に代表されるナノスケールの界面現象の根本的理解に資すると考えられる。

This year, last year, we introduced the high sensitivity, cycle number and atomic force micrometer (FM-AFM) of this year. There is a high resolution of the phase in the water interface (HOPG). The amplitude of the vibration is most sensitive to the amplitude of the vibration, the amplitude, the temperature, the amplitude, the amplitude The surface of the substrate is affected by the absorption of molecules and molecules on the surface of the substrate. the surface of the substrate is affected by the absorption of molecules on the surface of the substrate. This is not the whole column of information. This is not true. The movement of the vehicle along the train, and the mobility of the train, is not the limit of the system. The results show that the absorption of body molecules on the surface of HOPG shows that there is a bump on the surface of the body molecule, and that the theory of stability is not fully understood. The results show that the surface of the body molecule is not fully understood. The parallel and micro-vibration AFM probe was used to analyze the resonant cycle wave number in the direction of z. X, the molecular force distribution was calculated, and the two-dimensional cycle wave number near the solid-liquid interface was successfully calculated. The absorption of water on the surface of the body molecule and the formation of the vertical cycle of the density of water molecules on the solid surface, the density of water molecules is derived from the number of waves, the number of waves, the density of molecules, the density of molecules and the density of molecules. We have obtained the results of the comparison of the weekly wavenumber, the absorption of body molecules, the location of internal water molecules, and the presence of water molecules in the field of water (water and water). The interface of the research results is similar to that of the basic understanding of the basic understanding of the information technology.