AFM技術を用いた液体超薄膜の面内・面外高速流動特性に関する実験的研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14702026
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 松岡 広成 鳥取大学, 工学部, 講師 (10314569)
• キーワード: マイクロ / ナノトライボロジー / 液体超薄膜 / 原子間力顕微鏡(AFM) / 分子間力 / メニスカス力 / 振動応答特性 / マイクロメカニズム / 磁気ディスク装置

研究概要

本研究の目的は、液体超薄膜(厚さ数nm)の面内・面外高速流動特性を実験的に解明し、学術的考察のみならず、微小機械の潤滑設計指針を得ることである。具体的には、i)原子間力顕微鏡(AFM)を用い、液体超薄膜の高速流動特性を超高精度に測定する手法を確立し、次に、これを用いて、ii)面外高速振動に対する液体超薄膜の流動特性、およびiii)面内高速摺動に対する液体超薄膜の流動特性を、実験的に解明する。特に、ii)、iii)については、高速流動特性の種々の実験条件(周波数、固体2面間距離、摺動速度、雰囲気、液体の種類など)に対する依存性を明らかにするものである。
初年度(平成14年度)は、高速流動特性を超高精度に測定するため、まず、原子間力顕微鏡(AFM)を購入し、基本的操作方法の修得および装置の基本特性把握を行った。特に、ピエゾ素子を振動させ、カンチレバーの共振周波数を見出す機能(レパーチューン)と、共振周波数の変化で表面形状を測定する手法(ダイナミックモード)について、本研究への適用可能性を検討した。その結果、修正・改良が必要ではあるが、これらの機能は本研究の測定に有用であることがわかった。また、液体超薄膜の高速流動特性を測定するための実験手順およびハードウェアおよびソフトウェアの要求性能を詳細に吟味し、必要な修正および新規部品と機能の追加を検討した。さらに、液体超薄膜の流動特性に関する基本物性としての接触角・表面張力を測定するための装置を購入した。
以上のように、液体超薄膜の高速流動特性を超高精度に測定するため、必要な機器の購入と修正・改良を検討し、実験装置の開発および実験手法の確立に向けた指針を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] H.Matsuoka, T.Kato, S.Fukui: "Nanomeniscus Forces in Undersaturated Vapors: Observable Limit of Macroscopic Characteristics"Langmuir. Vol.18, No.18. 6796-6801 (2002)
• [文献書誌] H.Matsuoka, S.Fukui, H.Morishita: "Dynamics of Liquid Meniscus Bridge of Intermittent Contact Slider"IEEE Transactions on Magnetics. Vol.38, No.5. 2135-2137 (2002)
• [文献書誌] 松本俊二, 森下裕司, 松岡広成, 福井茂寿: "液体メニスカスが局在する固体面間に生ずる液体反力の解析(接触角が変化する場合の力学系の応答解析)"日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集. 297-198 (2002)
• [文献書誌] 松本俊二, 森下裕司, 松岡広成, 福井茂寿: "液体メニスカスが局在する曲面・平面間に生ずる液体反力の解析(接触角が変化する場合)"日本機械学会2002年度年次大会講演論文集. 219-220 (2002)