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原子間力顕微鏡による氷表面での2種類の擬似液体層の形状・厚み測定

研究課題

研究課題/領域番号 25870009
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 結晶工学
薄膜・表面界面物性
研究機関北海道大学

研究代表者

長嶋 剣  北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (60436079)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2013年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード氷 / 疑似液体層 / 結晶成長 / 原子間力顕微鏡 / 干渉計 / 擬似液体層
研究成果の概要

氷表面観察のための原子間力顕微鏡(AFM)の改良を行った。ペルチェ素子と水冷機構を備えた自作の観察セルをインキュベータ内に入れ、環境温度と水蒸気量を調節してAFMで単結晶氷表面をスキャンすることに成功した。
しかし、疑似液体層(QLLs)は過飽和水蒸気から凝縮するため平衡環境では現れないことが新たにわかった。過飽和水蒸気中で成長する氷表面上のQLLsをAFM観察するのは困難だったため、干渉計と濡れの理論により2種類のQLLsの厚みを推定した。また、塩化水素ガス存在下でなら平衡環境でQLLsが存在することを発見し、そのような環境であればQLLのAFM観察も安定に可能となることが示唆された。

報告書

(4件)
  • 2015 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2014 実施状況報告書
  • 2013 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2016 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Nanostructure for Hybrid Plasmonic-Photonic Crystal Formed on Gel-Immobilized Colloidal Crystal Observed by AFM after Drying2016

    • 著者名/発表者名
      Sho Kawakami, Atsushi Mori, Ken Nagashima, Shuichi Hashimoto, Masanobu Haraguchi
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 89 号: 3 ページ: 385-393

    • DOI

      10.1246/bcsj.20150281

    • NAID

      130005137566

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two types of quasi-liquid layers on ice crystals are formed kineticcally2016

    • 著者名/発表者名
      Harutoshi. Asakawa, Gen. Sazaki, Ken. Nagashima, S. Nakatsubo, Y. Furukawa
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

      巻: 113 号: 7 ページ: 1749-1753

    • DOI

      10.1073/pnas.1521607113

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Direct Visualization of Quasi-Liquid Layers on Ice Crystal Surfaces Induced by Hydrogen Chloride Gas2016

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashima, G. Sazaki, T. Hama, H. Asakawa, K. Murata, Y. Furukawa
    • 雑誌名

      Crystal Growth & Design,

      巻: 16 号: 4 ページ: 2225-2230

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.6b00044

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Prism and Other High-Index Faces of Ice Crystals Exhibit Two Types of Quasi-Liquid Layers2015

    • 著者名/発表者名
      Harutoshi Asakawa, Gen Sazaki, Ken Nagashima, Shunichi Nakatsubo, Yoshinori Furukawa
    • 雑誌名

      Crystal Growth & Design

      巻: 15 号: 7 ページ: 3339-3344

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.5b00438

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] In situ Determination of Surface Tension-to-Shear Viscosity Ratio for Quasiliquid Layers on Ice Crystal Surfaces2015

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichiro Murata, Harutoshi Asakawa, Ken Nagashima, Yoshinori Furukawa, Gen Sazaki
    • 雑誌名

      Physical review letters

      巻: 115 号: 25 ページ: 256103-256103

    • DOI

      10.1103/physrevlett.115.256103

    • NAID

      120005829704

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 氷ベーサル面上での形態が異なる2種類の擬似液体層の生成過程2014

    • 著者名/発表者名
      佐﨑元, 麻川明俊, 長嶋剣, 中坪俊一, 古川義純
    • 雑誌名

      Int. J. Microgravity Sci. Appl.

      巻: 31 ページ: 100-105

    • NAID

      130007842470

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Roles of surface/volume diffusion in the growth kinetics of elementary spiral steps on ice basal faces grown from water vapor2014

    • 著者名/発表者名
      H. Asakawa, G. Sazaki, E. Yokoyama, K. Nagashima, S. Nakatsubo, Y. Furukawa
    • 雑誌名

      Crystal Growth & Design

      巻: 14 号: 7 ページ: 3210-3220

    • DOI

      10.1021/cg4014653

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Double spiral steps on Ih ice crystal surfaces grown from water vapor just below the melting point2014

    • 著者名/発表者名
      G. Sazaki, H. Asakawa, K. Nagashima, S. Nakatsubo, Y. Furukawa
    • 雑誌名

      Crystal Growth & Design

      巻: 14 号: 5 ページ: 2133-2137

    • DOI

      10.1021/cg4014448

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 氷表面に生じる塩酸液滴挙動の水蒸気量依存性2016

    • 著者名/発表者名
      長嶋剣,佐﨑元,羽馬哲也,村田憲一郎,古川義純
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Liquid layers on ice surfaces induced by hydrochloric gas2015

    • 著者名/発表者名
      Ken Nagashima, Gen Sazaki, Hama Tetsuya, Harutoshi Asakawa, Kenichiro Murata, Shunichi Nakatsubo, Yoshinori Furukawa
    • 学会等名
      ILTS International Symposium on Low Temperature Science
    • 発表場所
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2015-11-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 塩化水素ガスによって氷ベーサル面に生成する液体層2015

    • 著者名/発表者名
      長嶋剣, 佐﨑元, 羽馬哲也, 村田憲一郎, 中坪俊一, 古川義純
    • 学会等名
      第45回結晶成長国内会議
    • 発表場所
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2015-10-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 塩化水素ガスによって氷ベーサル面に生成する液体層2015

    • 著者名/発表者名
      長嶋剣, 佐﨑元, 羽馬哲也, 村田憲一郎, 中坪俊一, 古川義純
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 氷ベーサル面の成長に与える塩化水素ガスの効果2015

    • 著者名/発表者名
      長嶋剣, 佐﨑元, 羽馬哲也, 麻川明俊, 村田憲一郎, 中坪俊一, 古川義純
    • 学会等名
      日本物理学会 第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学早稲田キャンパス, 東京都新宿区
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 氷ベーサル面の成長に与える塩化水素ガスの効果2014

    • 著者名/発表者名
      長嶋剣,佐﨑元,羽馬哲也,麻川明俊,村田憲一郎,中坪俊一,古川義純
    • 学会等名
      第44回結晶成長国内会議
    • 発表場所
      学習院大学, 東京都豊島区
    • 年月日
      2014-11-06 – 2014-11-08
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 液中周波数変調方式原子間力顕微鏡による 可溶性結晶の原子分解能観察2014

    • 著者名/発表者名
      長嶋剣
    • 学会等名
      日本物理学会 2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学春日井キャンパス, 愛知県春日井市
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 液中非接触原子間力顕微鏡による結晶表面での吸着分子観察2014

    • 著者名/発表者名
      長嶋剣
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合 連合大会 2014年大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜, 神奈川県横浜市
    • 年月日
      2014-04-28 – 2014-05-02
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Investigation of hydration structure on water-solid interface by non-contact atomic force microscopy2014

    • 著者名/発表者名
      Ken Nagashima, Gen Sazaki, Harutoshi Asakawa, Yoshinori Furukawa
    • 学会等名
      13th International Conference on the Physics and Chemistry of Ice (PCI-2014)
    • 発表場所
      Dartmouth College, Hanover, NH, USA
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] 非接触原子間力顕微鏡による溶液結晶成長のナノ観察2013

    • 著者名/発表者名
      長嶋剣
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合 連合大会 2013年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ、千葉
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Atomic or molecular resolution investigation of soluble crystals in liquid by frequency-modulation (non-contact) AFM2013

    • 著者名/発表者名
      Ken Nagashima, Gen Sazaki, Harutoshi Asakawa, Yoshinori Furukawa
    • 学会等名
      17th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-17)
    • 発表場所
      The University of Warsaw, Warsaw, Poland
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [図書] 北海道大学低温科学研究所編「低温科学便覧」2015

    • 著者名/発表者名
      佐崎元,古川義純,長嶋剣,村田憲一郎
    • 総ページ数
      383
    • 出版者
      丸善出版(株)
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2014-07-25   更新日: 2019-07-29  

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