光干渉法による低接触角の新測定法

• 研究課題/領域番号: 09875160
• 研究種目: 萌芽的研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 複合材料・物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小松 啓 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00108565)
• 研究分担者: 中田 俊隆 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (20237308) ; 宮下 哲 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (00219776) ; 佐崎 元 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60261509)
• 研究期間 (年度): 1997
• 研究課題ステータス: 完了 (1997年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1997年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
• キーワード: 二光束干渉法 / 接触角 / 界面張力 / 濡れ性 / 界面自由エネルギー / Michelson干渉法 / 酸素分圧 / 液滴形状

研究概要

本研究は光干渉法を用いて、濡れ性の良好な固体と液体の接触角の計測法を確立するとともに、液体の接触角測定で重要なパラメータである雰囲気と温度を制御し、この新手法のもつ可能性を開発することを目標とした。現有の光学顕微鏡に長焦点低倍率のMichelson型二光束干渉対物レンズを装着し、干渉縞を使って濡れ性の良い固体と液体の接触角の計測を行えるようにした。測定の結果、不透明な液滴の場合、3°以下、透明な液滴の場合、液体の屈折率がわかっている場合は5°以下の接触角が正確に計測できることが明らかになった。この方法の利点は、従来の液滴側面から計測する方法に比べて、1.濡れの良い場合の低接触角の高精度の測定 2.液滴の形状の対称性が必要とならない点がある。一方、短所としては、接触角がこの値よりも大きいときは、液滴上での干渉縞が密になることと、液滴表面からの反射光が顕微鏡の光路に戻ってこないため、像が暗くなり、測定困難となる。この点の改良が今後の課題である。
この装置に室温近くではペルチエ素子を使った温度セル、高温では光集光型の温度セルを使って接触角の測定を行った。特に対物レンズの焦点距離を長く(25mm)しているため、高温セルを使った測定が可能になっている。また、対象を酸化物を中心に考えているため、高温セルは雰囲気の酸素分圧を酸素メータと自動弁と調節器により自動制御できるようにした。これを使って白金基板上の酸化銅の接触角を計測した。1230℃で測定した場合、酸素分圧に対して45%付近で極小点をもつように変化した。また室温でグリセリン水溶液とマイカとの接触角を計測した。グリセリン濃度に対する接触角の変化を精密に測定できた。