表面近傍水の疑似固体構造とマイクロマシンのトライボロジーに及ぼす影響

近地表水的拟固体结构及​​其对微机械摩擦学的影响

• 批准号: 08875033
• 负责人: 大前 伸夫
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08875033/
• 关键词: 水分子; LIGA; マイクロマシン; マイクロトライボロジー; QCM

マイクロマシンは今世紀最後の工学革命と言われているが、その動作特性を確実化する上でマイクロトライボロジーが果たす役割は極めて大きい。特にマイクロマシン上に吸着する水分子が微小なメニスカスを形成し、スティクションと言われる相対運動に対する高抵抗を生じさせることは解決しなければならない最大の問題の1つである。本研究では表面近傍に存在する吸着水の構造とその物理・化学的特性を明らかにしてマイクロマシンのマイクロトライボロジーに新知見を与えようとするものである。水分子吸着挙動は水晶振動子マイクロバランス法(QCM)を用いてナノグラム感度で検出し、吸着等温線および吸着熱曲線を算出して考察を加えた。また、ケルビン式を用いてLIGAプロセスによって作製したNiおよびCu表面に存在するマイクロポア(極微小細孔)の分布を求めた。固体表面から3〜4分子層の水は特異な構造を示し、疑似固体ととも考えられる遠距離秩序を保つことが示された。表面に存在するマイクロポアに凝集する水分子のサイズ、LIGAプロセスの際に導入された表面官能基の影響がこのような疑似固体構造と極めて密接な関係にあることが明らかとなった。また、この特異な表面近傍水の存在は各被覆率における接触電気抵抗測定からも確証を得た。さらに、電界イオン顕微鏡(FIM)を併用することにより、Wチップに吸着する水分子を直接イメージし、その吸着サイトや電界下における移動を観察した。水分子吸着は{211}晶帯の大きなテラスから開始し、中央の{011}面へと拡散することが判った。レッジやキンクが優先的な吸着サイトとなり得ること、また、極めて急激な表面拡散を行うことが明らかとなり、現在は水分子の分極と表面近傍水の構造について表面電位の検出も並行して解析をおこなっている。

据说微型机器是本世纪的最后一次工程革命，但是微侵蚀在确保其运营特征方面起着极大的作用。特别是，必须解决的最大问题之一是吸附在微电上的水分子形成小弯面条，并产生对相对运动的高度抗性，称为静止。这项研究旨在阐明位于表面附近的吸附水及其物理和化学特性的结构，从而提供了对微机械微观学的新见解。使用石英晶体微平衡法（QCM）检测到水分子的吸附行为，并使用纳米图敏感性检测到吸附等温线和吸附热曲线，并添加了吸附热曲线，并添加了考虑。此外，确定了使用开尔文公式在LIGA工艺产生的Ni和Cu表面上存在的微孔（超微孔）的分布。来自固体表面的3-4个分子层中的水表现出独特的结构，并已被证明可以维持远距离阶，这被认为是伪固体。据揭示，在地表上存在的微孔群上结合的水分子的大小以及在LIGA过程中引入的表面官能团的影响与此类伪固体结构非常紧密相关。通过在每个覆盖率下接触电阻测量值，也证实了表面附近这种独特的水的存在。此外，通过使用电场离子显微镜（FIM），直接对吸附在W-CHIP上的水分子进行了可视化，并观察到这些分子在吸附位点和电场下的运动。发现水分子的吸附是从{211}晶体带的大露台开始的，并扩散到中央{011}平面。据揭示，壁架和扭结可以是首选的吸附位点，并且它们也经历了极快的表面扩散，如今，水分子的极化以及在表面附近水的表面电位的检测是并行进行的。

项目成果

N.OHMAE: "Water adsorption on MEMS surfaces studied by quartz crystal microbalance" Micro/Nanotribology. 629-646 (1997)

N.OHMAE：“通过石英晶体微天平研究 MEMS 表面的水吸附”微/纳米摩擦学。

N.OHMAE et al: "Structure and tribology of adsorbed water on micromachine surfaces fabricated by the LIGA process" Proc.2nd Int.Symp.Tribochemistry. (in press). (1997)

N.OHMAE 等人：“LIGA 工艺制造的微机械表面吸附水的结构和摩擦学”Proc.2nd Int.Symp.Tribochemistry。