表面電荷密度マッピングが切り拓く相界面ナノフルイディクス
| Project/Area Number |
22K14193
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
手嶋 秀彰 九州大学, 工学研究院, 助教 (60906220)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
|
|---|
| Keywords | ケルビンプローブフォース顕微鏡 / 帯電 / 表面電荷密度 / 接触線 / 相界面 / グラフェン / 固液界面 / KPFM / 三相界線 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
固体－液体－気体の異なる三相が重なる三相界線の理解は今でも不十分なままで、特に三相界線を固定するピニング現象は未だ完全な理解には程遠い。
本研究では、架橋グラフェン液体セルという新しい実験用デバイスを開発することで、今まで不可能であったケルビンプローブフォース顕微鏡(KPFM)による固液界面および三相界線近傍の電荷密度マッピングの実現を目指す。これにより、実験的裏付けのある三相界線の新たなフォースバランスモデルの確立に向けた最初の一歩を踏み出す。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではナノスケールの相界面や固気液三相界線の物理、特に熱流体工学やエネルギー分野に関連する帯電現象の理解を進展させるために、表面電位を計測できるケルビンプローブフォース顕微鏡(KPFM)を基軸とした実験をしている。
液滴の接触線近傍の固気界面をKPFMを用いて観察した結果、接触線から数十μm離れた領域において最大1.0Vほど負に帯電する領域があるとわかった。実験系を工夫することで平行平板間コンデンサモデルによる表面電荷密度への変換を可能にし、その値を見積もった結果およそ-56μC/m2となることがわかった。今後は液滴の帯電量を別途把握することで、帯電量に対する固気表面電荷密度および影響範囲を明確にし、固気界面帯電の詳細なメカニズムを調査する予定である。また関連して、酸化シリコン基板上に生成したナノ液滴の接触線をAFMによって形状計測したところ、原子レベルの表面粗さであっても接触線は強くピニングされて蒸発時の液滴挙動に影響を与えることが明らかになった。
三相接触線をまたいで固気・固液界面両方の表面電位を同時計測できる架橋グラフェン液体セルについては、実験手順の簡素化のために単層グラフェンフィルムTEMグリッドの利用を計画していたが、金メッシュの剛性の低さからKPFM計測が安定しなくなることが判明した。そのため初期の計画通り、窒化シリコンでできたマイクロポーラスTEMグリッドにグラフェンを転写して利用することを計画している。今後は前述したナノ液滴やマクロな水滴をグラフェンに接触させることで、接触線のKPFM直接計測が実現できると考えている。
|
Report
(2 results)
Research Products
(13 results)
