走査型プローブ顕微法による金属表面のマイクロトライボロジに関する研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08650856
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 広島電機大学
• 研究代表者: 李木 経孝 広島電機大学, 工学部, 助教授 (10136129)
• 研究分担者: 遠藤 敏郎 広島電機大学, 工学部, 教授 (60069200) ; 桧高 靖治 広島電機大学, 工学部, 教授 (20228737) ; 中田 美喜子 広島電機大学, 工学部, 講師 (60237302)
• キーワード: 走査型プローブ顕微法(SPM) / 原子間力顕微法(AFM) / 走査型トンネル顕微法(STM) / 超微細加工 / ナノスケール加工 / 高密度記録 / マイクロトライボロジ / 金属材料

研究概要

本研究では、平成8年度、開発済みの微細加工用SPMシステムを基礎に、雰囲気コントロール機構を導入したマイクロトライボロジー用SPMシステムを構築し、種々の純金属表面に対する超軽荷重の摩擦・摩耗試験及び表面分析評価方法を確立する。平成9年度、ナノスケールの分解能を得るための加工方法を検討し、高密度記録、微細形状加工等の分野への応用を検討する。また、加工試験と対応して、表面・界面の動的現象の計算シミュレーションによる解析を行い、表面科学の新分野を開拓することを目指す。
これまでに、垂直力(原子間力)と水平力(摩擦力)が分離検出可能な微細加工用SPMユニット及びユニットの計測・制御系を開発し、雰囲気コントロール機構を導入したSPMシステムが完成した。このシステムの特性評価試験により、最大30×30μmの範囲の表面形状から原子スケールまでの観察が可能なことを確認した。また、雰囲気コントロール機構により、試験中の雰囲気の温度(10〜70°C)と湿度(30〜90%RH)の設定を可能とし、通常試験時間(10〜40min)での安定性を確認した。
さらに、Mica、HOPG、MoS_2等の層状物質及びNi、Cu、Au等のf.c.c.系金属について摩擦・摩耗試験を実施している。主に雰囲気の相対湿度と極軽荷重域における摩擦係数の関係について検討し、特に層状物質については、得られた摩擦力像は、原子配列とほぼ一致し、摩擦係数は相対湿度によって影響を受けることを確認した。

研究成果

• [文献書誌] T.Sumomogi et al: "Influence of atmosphere on tribological properties of scanning probe microscope observation" 4th Int'l Conf.on Nanometer-scale Sci. & Technol. September 8-12,1996,Beijing,China,. Program No.18-Wep48 (1996)
• [文献書誌] 比枝克徳他: "ナノトライボロジーの研究を目的とした走査プローブ顕微鏡システムの構成" 広島電機大学・広島自動車工業短期大学研究報告. 29. 41-48 (1996)
• [文献書誌] T.Sumomogi et al: "Nanoscale Evaluation of Roughness on Metal Films Prepared by Laser Ablation" 9th Int'l Conf.on STM/STS,July 20-25,1997,Hamburg,Germany. (発表予定). (1997)
• [文献書誌] T.Sumomogi et al: "Influence of atmosphere on tribological properties in scanning probe microscope observation" 9th Int'l Conf.on STM/STS,July 20-25,1997,Hamburg,Germany. (発表予定). (1997)
• [文献書誌] T.Endo et al: "Preparation of Matallic Nanocluster on Graphite by Laser Ablation in STM/STS Apparatus at Low Temperatures" 9th Int'l Conf.on STM/STS,July 20-25,1997,Hamburg,Germany. (発表予定). (1997)