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Effects of Solvation and Adsorbed Molecules on Surface Forces in Water

Research Project

Project/Area Number 21K03836
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
Research InstitutionTottori University

Principal Investigator

Matsuoka Hiroshige  鳥取大学, 工学部, 教授 (10314569)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 石川 功  鳥取大学, 工学研究科, 助教 (70845164)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords表面力 / 溶媒和 / 吸着分子 / トライボロジー / 表面間相互作用 / 液体中 / 超高精度計測 / 表面・界面
Outline of Research at the Start

近年、様々な機械で超精密作動性が要求されている。また、小型化も加速しており、微小機械要素の加工技術及び超精密作動性の向上が重要性を増している。小型化に伴い、表面間力の影響が重力などの体積力に比べて顕著となる。その結果、表面間力が超精密動作性能に大きな影響を与え、その発生メカニズムと基本特性の解明が課題となっている。本研究は、液体中での表面間力に着目し、液体の固体表面への溶媒和および吸着分子の影響を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

The following three results were obtained: (1) surface force between sphere and plane in water was measured as a function of surface distance using a surface force apparatus with ultra-high resolution, (2) the effects of solvation and adsorbed molecules on the surface force for some material combinations were clarified by comparing with the measurement results in vacuum or air, and (3) numerical calculation program to simulate the surface force measurements using the surface force apparatus was developed.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

固体表面近傍の液体分子の溶媒和による表面間力の測定,表面分子吸着層間の相互作用力測定結果には、様々な表面間力の成分が含まれているため、これまで定性的な議論にとどまっていた。本研究の成果は、この分野のこうした弱点を克服し、表面間力成分の詳細な特性解明のみならず、従来定性的な特性比較・評価にとどまっていた本研究分野をより定量的な段階へと押し上げるものである。すなわち、本研究成果は、学術的に大きな意義を持つと共に、研究分野自体の発展を促す重要な研究成果であると考えられる。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Presentation] 大気中と水中における表面力の比較2024

    • Author(s)
      花蜜優希,石川 功,長谷川 真之,小林隼人,松岡広成
    • Organizer
      日本機械学会情報・知能・精密機器部門講演会(IIP2024)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 水中での球・平面間表面力特性(引き離し速度の影響)2024

    • Author(s)
      花蜜優希,石川 功,長谷川 真之,小林隼人,松岡広成
    • Organizer
      日本機械学会中国四国支部 第62期総会・講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 引き離し速度と総接触時間が凝着力に及ぼす影響2023

    • Author(s)
      田中一吉,石川 功,松岡広成,小林隼人,長谷川 正之,加藤孝久
    • Organizer
      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2023春東京
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 疎水性表面における三重線の移動抵抗係数の測定2023

    • Author(s)
      斎藤千夏,西本栞理,石川 功,柳澤憲史,松岡広成
    • Organizer
      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2023春東京
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Dependence of adhesion force on withdrawal speed in water2023

    • Author(s)
      Yuki Hanamitsu, Takumi Ishikawa, Hiroshige Matsuoka
    • Organizer
      9th International Tribology Conference, Fukuoka 2023 (ITC Fukuoka 2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of Dynamic Wetting and Dewetting on a Hydrophobic Surface Using Molecular Kinetic Theory2023

    • Author(s)
      Chinatsu Saito, Takumi Ishikawa, Kenji Yanagisawa, and Hiroshige Matsuoka
    • Organizer
      9th International Tribology Conference, Fukuoka 2023 (ITC Fukuoka 2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 表面力測定装置のシミュレーション(水中での実験に対する理論解析)2023

    • Author(s)
      高橋 広歩, 鈴木 礼生, 石川 功, 松岡 広成
    • Organizer
      日本機械学会 中国四国学生会 第53回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 水晶振動子(QCM)を用いた表面力測定に関する基礎研究(引き離し速度および総接触時間の影響)2023

    • Author(s)
      白濱 修己,重本 武人,石川 功,松岡 広成
    • Organizer
      日本機械学会 中国四国支部 第61期総会・講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 球・平面間の表面力測定シミュレーション2023

    • Author(s)
      鈴木 礼生,小林 隼人,長谷川 真之,加藤 孝久,石川 功,松岡 広成
    • Organizer
      日本機械学会 中国四国支部 第61期総会・講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 水晶振動子(QCM)を用いた表面力測定に関する基礎研究(QCM 電極と球状物体の接触力学モデル)2023

    • Author(s)
      重本 武人,石川 功,松岡 広成
    • Organizer
      日本機械学会 中国四国支部 第61期総会・講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Simultaneous Measurements of Surface Force and Resonant Frequency Shift of QCM2022

    • Author(s)
      H. Matsuoka, T. Kono and T. Ishikawa
    • Organizer
      7th World Tribology Congress (WTC 2022)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 表面力測定装置のシミュレーション ( 球・平面に対する理論解析)2022

    • Author(s)
      鈴木 礼 生,小林 隼人,長谷川 真之,加藤 孝久,石川 功 ,松岡 広成
    • Organizer
      日本機械学会2022年度年次大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 凝着力の引き離し速度依存性に関する研究(速度制御型表面力装置を用いた高精度測定)2022

    • Author(s)
      中村拓己,石川 功,松岡広成,長谷川真之,小林隼人,加藤孝久
    • Organizer
      日本機械学会 中国四国支部 第60期総会・講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 2次元繰り返し媒質分布を有する固体表面が球面に及ぼす相互作用力の理論解析(球面-平面間距離と力の関係)2022

    • Author(s)
      仲林 聡,別所 慶祐,石川 功,松岡 広成
    • Organizer
      日本機械学会 中国四国支部 第60期総会・講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 引き離し速度を制御した表面力の高精度測定2022

    • Author(s)
      田中 一吉,中村 拓己,小林 隼人,長谷川 真之,石川 功,松岡 広成,加藤 孝久
    • Organizer
      日本機械学会 中国四国学生会 第52回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Simulation of Surface Force Apparatus During Withdrawal Process Using Elastic Contact Theory2021

    • Author(s)
      R. Suzuki, T. Ishikawa, M. Hasegawa, H. Kobayashi, H. Matsuoka, and T. Kato
    • Organizer
      The 8th Joint Symposium on Mechanical and Materials Engineering between Northeastern University and Tottori University (JSMME 2021)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Withdrawal Speed Dependence of Surface Force and Resonant Frequency Shift of QCM During Contact Between Au Electrode Plane and PDMS Spherical Surface2021

    • Author(s)
      T. Shigemoto, T. Kono, T. Ishikawa, and H. Matsuoka
    • Organizer
      The 8th Joint Symposium on Mechanical and Materials Engineering between Northeastern University and Tottori University (JSMME 2021)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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