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高速三次元AFMの開発とそれを用いた分子吸着構造のサブナノスケール観察技術の確立

研究課題

研究課題/領域番号 16J01938
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 薄膜・表面界面物性
研究機関金沢大学

研究代表者

宮澤 佳甫  金沢大学, 自然科学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2016年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード原子間力顕微鏡 / 三次元走査型力顕微鏡 / ハードディスク / ハードディスク用潤滑剤 / AFM / 3D-SFM / 潤滑剤 / Hard disk / Lubricant
研究実績の概要

本研究では、原子間力顕微鏡(AFM)をベースに開発した三次元走査型力顕微鏡(3D-SFM)を用いて、産業実用薄膜材料の複雑な3次元分子吸着構造を分子スケールで直接可視化する手法の開発を目指した。サンプルモデルとして、ハードディスク(HD)表面の防汚や潤滑のために塗布するフッ素系潤滑層の分子吸着構造計測に取り組んだ。昨年度までの研究で、液中環境化の3D-SFM計測でHD用潤滑層の3次元力分布像を安定に取得できることを示した。また、力分布像には、理論モデルと高い相関性が見られる、水平方向に横たわる複雑な繊維状の構造が含まれることを確認した。この繊維状コントラストは、潤滑剤分子の骨格そのものを表していると考えられる。実際に、末端構造を変化させた潤滑剤の計測や、膜厚を変化させた時の計測を行うと、3D-SFMで得られる力分布像は潤滑層成膜条件に対する依存性を示した。また、これらを定量的に解析するために、3次元画像処理手法の確立に取り組み、細線化やラベリングの画像処理を用いて、繊維状構造の密度や配向性を抽出した。本年度は、よりHDの実環境に近い環境下での計測を可能にするために、雰囲気制御AFMを開発した。そして、開発した雰囲気制御AFMを用いて、窒素環境下や大気中でHD用潤滑剤の3D-SFM計測を行った。大気中で取得した力分布像には分子スケールの繊維状構造が見られたが、窒素環境下で取得した力分布像には局所的なコントラストが見られなかった。現在、この結果の理由を理解するために解析を行っているが、計測環境下の違いによる潤滑剤分子の揺動性の変化が観察できたのではないかと考えている。今後、引き続きAFMや探針の開発を進めることで、まずはHD用潤滑剤の3次元分子吸着構造解析手法を完成させる。そして、最終的には、HD用潤滑剤以外の多くの産業実用材料研究に本手法を直接応用させることを目指す。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 8件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 12件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] アールト大学(フィンランド)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Oak Ridge National Laboratory(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] 台湾中央研究院物理研究所(台湾)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] アールト大学(フィンランド)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] UCL(英国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Self-Assembling Supramolecular Nanostructures Constructed from de Novo Extender Protein Nanobuilding Blocks2018

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Naoya、Inano Kouichi、Sasahara Kenji、Sato Takaaki、Miyazawa Keisuke、Fukuma Takeshi、Hecht Michael H、Song Chihong、Murata Kazuyoshi、Arai Ryoichi
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 7 号: 5 ページ: 1381-1394

    • DOI

      10.1021/acssynbio.8b00007

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Morphology and Physical Properties of Hydrophilic-Polymer-Modified Lipids in Supported Lipid Bilayers2018

    • 著者名/発表者名
      Kakimoto Yasuhiro、Tachihara Yoshihiro、Okamoto Yoshiaki、Miyazawa Keisuke、Fukuma Takeshi、Tero Ryugo
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 34 号: 24 ページ: 7201-7209

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.8b00870

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-veracity functional imaging in scanning probe microscopy via Graph-Bootstrapping2018

    • 著者名/発表者名
      Li Xin、Collins Liam、Miyazawa Keisuke、Fukuma Takeshi、Jesse Stephen、Kalinin Sergei V.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1 ページ: 2428-2428

    • DOI

      10.1038/s41467-018-04887-1

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Visualizing charges accumulated in an electric double layer by three-dimensional open-loop electric potential microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Hirata Kaito、Kitagawa Takuya、Miyazawa Keisuke、Okamoto Takahiro、Fukunaga Akira、Takatoh Chikako、Fukuma Takeshi
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 10 号: 30 ページ: 14736-14746

    • DOI

      10.1039/c8nr03600d

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct comparison between subnanometer hydration structures on hydrophilic and hydrophobic surfaces via three-dimensional scanning force microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Yang Chih-Wen、Miyazawa Keisuke、Fukuma Takeshi、Miyata Kazuki、Hwang Ing-Shouh
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 20 号: 36 ページ: 23522-23527

    • DOI

      10.1039/c8cp02309c

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Hydration Layer Structure of Biofouling-Resistant Nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      Molino Paul J.、Yang Dan、Penna Matthew、Miyazawa Keisuke、Knowles Brianna R.、MacLaughlin Shane、Fukuma Takeshi、Yarovsky Irene、Higgins Michael J.
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 12 号: 11 ページ: 11610-11624

    • DOI

      10.1021/acsnano.8b06856

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Influence of ions on two-dimensional and three-dimensional atomic force microscopy at fluorite?water interfaces2017

    • 著者名/発表者名
      Miyazawa K、Watkins M、Shluger A L、Fukuma T
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 28 号: 24 ページ: 245701-245701

    • DOI

      10.1088/1361-6528/aa7188

    • NAID

      120006336018

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dissolution Processes at Step Edges of Calcite in Water Investigated by High-Speed Frequency Modulation Atomic Force Microscopy and Simulation2017

    • 著者名/発表者名
      Miyata Kazuki、Tracey John、Miyazawa Keisuke、Haapasilta Ville、Spijker Peter、Kawagoe Yuta、Foster Adam S.、Tsukamoto Katsuo、Fukuma Takeshi
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 17 号: 7 ページ: 4083-4089

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.7b00757

    • NAID

      120006336024

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Influence of ions on two-dimensional and three-dimensional atomic force microscopy at fluorite-water interfaces2017

    • 著者名/発表者名
      K. Miyazawa, M. Watkins, A. L. Shluger, T. Fukuma
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Understanding 2D atomic resolution imaging of the calcite surface in water by frequency modulation atomic force microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      J. Tracey, K. Miyazawa, P. Spijker, K. Miyata, B. Reischl, F. F. Canova, A. L. Rohl, T. Fukuma, A. S. Foster
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 27 号: 41 ページ: 415709-415709

    • DOI

      10.1088/0957-4484/27/41/415709

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] オープンループ電位顕微鏡を用いた磁気ディスクの保護膜欠陥のナノスケール評価技術の開発2018

    • 著者名/発表者名
      近江純一、谷口大騎、平田海斗、宮澤佳甫、福間剛士
    • 学会等名
      材料と環境2018(腐食防食学会)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Computational Modeling of Chromosomes and Carbon Nanotubes as a Probe of Atomic Force Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      T. Sumikama, K. Miyazawa, T. Higasayama, K. Nakayama, M, Harada, T. Fukuma
    • 学会等名
      Genome Biophysics : Integrating Genomics and Biophysics to Understand Structural and Functional Aspects of Genomes
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Significant improvement in reusability of an ultra-small cantilever with an electron beam deposited tip by Si coating and KOH etching2018

    • 著者名/発表者名
      K. Miyazawa, N. Nakajima, T. Fukuma
    • 学会等名
      The 21th International Conference on non-contact Atomic Force Microscopy (NC-AFM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualizing Charges Accumulated in Electric Double Layer by Three-Dimensional Open-Loop Electric Potential Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      K. Hirata, T. Kitagawa, K. Miyazawa, A. Fukunaga, C. Takatoh, T. Fukuma
    • 学会等名
      The 21th International Conference on non-contact Atomic Force Microscopy (NC-AFM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualizing Charges Accumulated in Electric Double Layer by Three-DimensionalOpen-Loop Electric Potential Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      K. Hirata, T. Kitagawa, K. Miyazawa, A. Fukunaga, C. Takatoh, T. Fukuma
    • 学会等名
      ACSIN14 & ICSPM26
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High-speed 3D-SFM Imaging of the Calcite in Water2018

    • 著者名/発表者名
      K. Miyata, J. Tracey, K. Miyazawa, A. S. Foster and T. Fukuma
    • 学会等名
      ACSIN14 & ICSPM26
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高速3D-SFMを用いたカルサイト溶解過程における単分子ステップ近傍の水和構造その場観察2018

    • 著者名/発表者名
      宮田一輝、足立康輔、宮澤佳甫、Adam Foster、福間剛士
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 3次元走査型顕微鏡を用いた分子吸着抑制能を有するシリカナノ粒子の水和構造計測2018

    • 著者名/発表者名
      宮澤佳甫、Molino Paul、Penna Matthew、Knowles Brianna、MacLaughlin Shane、福間剛士、Yarovsky rene、Higgins Michael
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 液中AFMを用いた半導体ウェーハ洗浄用のPVAブラシ表面吸着力計測2018

    • 著者名/発表者名
      五十嵐陽彦、吉野巧、宮田一輝、宮澤佳甫、宇野恵、高東智佳子、福間剛士
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] AFMによるBi4NbO8Br表面のナノレベル分極ドメイン分布解析2018

    • 著者名/発表者名
      水島大地、平田海斗、鐘承超、宮田一輝、宮澤佳甫、陰山洋、福間剛士
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 三次元走査型力顕微鏡を用いたハードディスク用潤滑層の分子スケール3次元吸着構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      宮澤佳甫、中嶋脩貴、豊田真理子、相方良介、清水豪、福間剛士
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 三次元走査型力顕微鏡を用いたハードディスク用潤滑剤の分子スケール3次元吸着構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      宮澤佳甫、中嶋脩貴、豊田真理子、相方良介、清水豪、福間剛士
    • 学会等名
      第37回表面科学学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] カルサイト/水界面で取得した3次元力分布像の探針依存性2017

    • 著者名/発表者名
      宮澤佳甫、J. Tracey、B. Reischl、P. Spijker、A. Foster、福間剛士
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 薄膜シールド機構を備えた液中AFMの開発2017

    • 著者名/発表者名
      宮澤佳甫、山村俊貴、泉久範、高橋康史、福間剛士
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] マイカ上に自己組織化させた人工設計タンパク質の分子スケール液中FM-AFM計測2017

    • 著者名/発表者名
      宮澤佳甫、Z. Shuai、J. De Yoreo James、福間剛士
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 三次元走査型力顕微鏡(3D-SFM)を用いたマイカとグラフェン上の3次元水和構造の同時計測2017

    • 著者名/発表者名
      宮澤佳甫、 楊志文、 宮田一輝、 黄英碩、 福間剛士
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Comparison of 3D force images obtained by 3D-SFM and MD simulation at a calcite-water interface2017

    • 著者名/発表者名
      K. Miyazawa, J. Tracey, B. Reishl, P. Spijker, A. S. Foster, T. Fukuma
    • 学会等名
      Japan-Finland Research Exchange Meeting: Probing Solid-liquid Interface at the Atomic Scale Aalto University
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In-liquid AFM with a membrane shield for separating a cantilever from liquid environment2017

    • 著者名/発表者名
      K. Miyazawa, T. Yamamura, H. Izumi, Y. Takahashi, T. Fukuma
    • 学会等名
      20th International Conference on non-contact Atomic Force Microscopy(NC-AFM2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Tip dependence of subnanometer-scale contrasts in three-dimensional force images obtained at calcite-water interfaces by 3D-SFM2017

    • 著者名/発表者名
      K. Miyazawa, J. Tracey, B. Reischl, P. Spijker, A. S. Foster, T. Fukuma
    • 学会等名
      20th International Conference on non-contact Atomic Force Microscopy(NC-AFM2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualizing Inhomogeneous Molecular Adsorption Structures of a Lubricant Layer on a Magnetic Hard Disk by 3D-SFM2017

    • 著者名/発表者名
      K. Miyazawa, N. Nakajima, M. Toyoda, R. Sagata, T. Shimizu, T. Fukuma
    • 学会等名
      2017 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabricating an electron beam deposited tip for atomic-scale AFM measurements in liquid with small cantilevers2016

    • 著者名/発表者名
      K. Miyazawa, H. Izumi, T. Watanabe-Nakayama, T. Fukuma
    • 学会等名
      The 24th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM24)
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2016-12-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualizing Inhomogeneous Molecular Adsorption Structures of Lubricant Molecules on a Magnetic Hard Disk by 3D-SFM2016

    • 著者名/発表者名
      K. Miyazawa, N. Nakajima, M. Toyoda, R. Sagata, T. Shimizu, T. Fukuma
    • 学会等名
      The 24th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM24)
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2016-12-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualizing Three-Dimensional Adsorption Structures of Lubricant Molecules on a Hard Disk by Frequency Modulation Atomic Force Microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      K. Miyazawa, N. Nakajima, M. Toyoda, R. Sagata, T. Shimizu, T. Fukuma
    • 学会等名
      29th International Microprocesses and Nanotechnology Conference(MNC2016)
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-11-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 3D-SFMを用いたハードディスク用潤滑剤の3次元分子吸着構造解析2016

    • 著者名/発表者名
      宮澤佳甫、中嶋脩貴、豊田真理子、相方良介、清水 豪、福間剛士
    • 学会等名
      第77回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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