2020 Fiscal Year Research-status Report
固体上のナノ水膜の準液体性の解明とその特異性を活かしたナノ水膜内の科学技術の開拓
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20K20359
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
新井 豊子 金沢大学, 数物科学系, 教授 (20250235)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノ水膜 / 準液体性 / 固液界面 / 周波数変調原子間力顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
易溶性イオン結晶であるKBr結晶への1層目の吸着と、数ナノメータ厚のナノ水膜内での溶解・析出について調べた。
FM-AFMは大気環境下にあり、KBrの劈開からFM-AFMにセットするまでの過程は、通常の実験室環境である。環境湿度は天候に左右され、最低は20%RH程度である。過去の文献からは20%RH程度では1層以下の吸着膜が形成されている。ステップと広いテラス面があれば、初期吸着過程を追いかけられると考えた。任意の湿度において、テラス上に１分子層の水膜の島は観察されなかった。低湿度では、ステップは直線的であるが、30％RH程度以上になると、曲線的になる。以上のことから、20-30%RHの低湿度では、ステップエッジにのみ水分子は吸着し、30-40%RH 程度の湿度では、1分子の吸着層が形成されていると考えられる。
70%RHから潮解湿度（85％RH）までの湿度環境では、数ナノメータ厚のナノ水膜が形成している。KBr/ナノ水膜界面の水和構造をFM-AFM像及び散逸エネルギー像観察を行った。イオンの周期性が観察できている状態で、疑似高さ一定モード（非常に弱いΔf一定フォードバックをかける）で連続的に走査を続けていると、1-3Å程度探針が試料から離れる現象が観察された。3Åの変化は、試料表面に1層のKBrが析出したと考えられる。1-2Åの変化は、散逸エネルギーの減少または増加を伴う場合と、変化が無い場合がある。イオンの周期構造が観察されている場合でも、それがベアなイオンを見ているのか、水和層を見ているのかは判別が付かない。観察している層が変化したときの散逸エネルギーの変化から、どの層を観察しているのか考察した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
2020年度は当初からコロナ禍にあり、教員の在宅勤務、学生の登学禁止がしばらく続いた。実質的に実験が行えたのは数ヶ月であった。また、企業からサンプル提供を受ける予定であったが、県をまたぐ出張禁止が続き1年間この課題については進まなかった。
当初予定では、今年度で終了予定であったが、1年延長して、目標の達成をめざす。
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| Strategy for Future Research Activity |
１． 2台のPLLを用いて、FM-AFM像取得時にバイアス電圧をCPD電圧に制御するケルビンプローブフォース顕微鏡法(KPFM)を導入して、表面構造と、表面電荷状態をナノメータスケールで同時取得する。
2． Si基板洗浄における帯電現象の解明
Siデバイス製作過程でSi基板を超純水で洗浄後に、基板が帯電することがある。Si基板には、ナノ水膜が形成されていると考えられる。帯電したSi基板を湿度制御環境で、FM-AFM/ KPFM観察し、帯電状態を調べ、ナノ水膜の特質および帯電起源を解明する。
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| Causes of Carryover |
研究計画が遅れたために次年度使用額が生じた。
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