Study on Ice crystal growth mechanism through observation of hydration layers in quasi-liquid layer by high-speed FM-AFM
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21K20506
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0402:Nano/micro science, applied condensed matter physics, applied physics and engineering, and related fields
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| Research Institution | Ryukoku University |
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Principal Investigator |
Miyato Yuji 龍谷大学, 先端理工学部, 准教授 (80512780)
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| Project Period (FY) |
2021-08-30 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 原子間力顕微鏡 / 高速AFM / 雪氷結晶 / 高速化 / 成長機構 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、雪氷結晶の成長過程を実験的に解明することを目的とし、成長環境を制御可能で高速な周波数検出型原子間力顕微鏡(FM-AFM)を開発する。さらに、開発した装置を用いて、氷点下であっても氷の上において液体として存在する水の層（擬似液体層）を観察することを目指す。成長する際の周囲環境による雪氷結晶表面の形態変化、および擬似液体層の状態変化を観測することで、成長モードの温度依存性を解明することに挑戦する。
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| Outline of Final Research Achievements |
We have newly developed the high-speed atomic force microscope (HS-AFM), which realizes probe-scan using a quartz crystal resonator sensor as a force sensor. The equipment design employs mechanics performing the less mechanical drift when the temperature changes. The controllable band width of the new high-speed scanner is approximately 20 kHz, which achieves a required level for HS-AFM. We have also confirmed the assembled AFM controller can perform frequency-modulation AFM (FM-AFM). Unfortunately, our new HS-AFM system still requires fine-tuning for best performances. Then, we analyzed the ice-crystal measurement results taken by previous prototype HS-AFM system. We found that the quasi-liquid layer (QLL) existed on ice-crystals, and that the QLL played a key role of surface condition of ice-crystals. This results indicated that the QLL could affect ice-growth processes.
We will continuously measure the QLL by using our newly developed HS-AFM system.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
高速AFMで雪氷結晶を観察できる装置はこれまで報告されておらず、水晶振動子センサを用いたプローブスキャン方式の高速AFMも研究実績は多くはない。上記装置を研究活動スタート支援のお蔭によって整備できたことは、雪氷結晶の観察にとどまらず、湿度や温度をコントロールして測定できる点で応用範囲が広いと考えている。特に、試料が水などで部分濡れしていても水晶振動子センサの適用により安定撮像できるという技術的な意義もある。今後、安定動作を達成し、様々な条件で雪氷結晶を測定できるようになり、擬似液体層の粘性と成長速度の相関を明らかにできれば、永らく謎であった雪氷結晶の成長機構の解明に寄与することが期待できる。
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Report
(3 results)
Research Products
(6 results)
