2018 Fiscal Year Annual Research Report
Ambient SIMS Technique for Liquid-Solid Interface Analysis
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17H01058
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松尾 二郎 京都大学, 工学研究科, 准教授 (40263123)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
瀬木 利夫 京都大学, 工学研究科, 講師 (00402975)
青木 学聡 京都大学, 学術情報メディアセンター, 准教授 (90402974)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | イオン / SIMS / 大気圧分析 / 質量分析 / 固液 / 高速重イオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大気圧下で液体が存在する表面を評価することが可能である高速重イオンを用いる2次イオン質量分析法（MeV-SIMS法）を使い、固体と液体との界面状態の探査的研究を行う。細胞、触媒、電池など様々な分野で固液界面は極めて重要な役割を担っているが、真空を基礎とする表面分析技術では限界があり、固液界面はいまだに十分解明されていない。これまでの分析手法では困難であった固液界面のダイナミクスの解明などを試み、固体と液相との界面で起こる特異な現象の解明を行える革新的な評価技術を実現する。
様々な手法を使って形成した固液界面の2次イオンスペクトルを測定した。一つは昨年度から引き続き行っている水滴をキャストして液相(液滴)を固体表面に形成したものである。液相の膜厚はサブmmと極めて厚く、液滴が存在するときには液相表面からの飛び出してきた2次イオンであることが保証されている。もう一つの方法は、気相から液体分子を吸着させて液相を形成する手法である。吸着量が少ない時には極めて薄い液体層が表面に形成できる。水分子を使い吸着層のSIMS測定を大気圧下で行ったところ、液滴からの2次イオンスペクトルと極めて類似したスペクトルが得られた。このことは極めて薄い液体層でも厚い液体層と同様の構造を持っていることを示している。レーザーを用いた結果でも多量体が多く検出されており、水分子の液相中に多くの水クラスターが形成されており、それが観察されたと考えられる。2次イオンスペクトルを詳細二階席嗣、水表面特有の構造を調べていく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
固液界面の評価手法はそれほど多くなく、主にフォトンやX線を使った手法が開発されてきた。また、近年AFMを使う手法が開発され固液界面の観察が行わるようになってきた。しかし、2次イオン質量分析法で固液界面を評価した例はこれまでに全く前例がないが、高感度の質量分析法の分子同定能力を活かして、固液界面に存在する複雑な有機分子を検出することが可能になると考えられる。実用的な固液界面は複雑な分子構造を持つ有機液体であることが多いので、SIMS法の持つ優れた分子同定能力は強力な武器となる。
既にもっとも簡単な液体である水を使って固液界面を形成し、２次イオン測定を行った。今後は、更に複雑な分子を使い固液界面評価法としての有用性を示すとともに、他の手法との比較検討を進めることにより、本手法の特徴を明らかにする。
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| Strategy for Future Research Activity |
固液界面の評価で最も難しい課題の一つに液相の膜厚コントロールがある。液相表面では吸着と蒸発が動的平衡状態にあるため、吸着が優勢になると膜厚が厚くなり、蒸発が優勢になると膜厚が減少する。例えば水分子の場合には、湿度が高いと吸着が優勢になり膜厚が増加する。一方基板温度とチャンバー温度(大気の温度)の差も重要なパラメータであり、この温度差により吸着と蒸発のどちらが優勢になるかが決まる。
このため、湿度制御と同時に温度制御も重要なパラメータであり、これらを高精度に制御するためのシステム構築を行っていく。
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