環境制御型高速3次元力顕微鏡による界面分子吸着構造の分子スケール解析

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02111
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 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: 福間 剛士 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 教授 (90452094)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 原子間力顕微鏡 / 分子吸着構造 / 界面構造 / 水和構造

研究成果の概要

本研究では、３次元走査型力顕微鏡（3D-SFM）による原子スケール３次元水和構造計測の速度を、従来の１分／像から３秒／像まで格段に高速化させた。さらに、密閉セルや溶液置換機能などの環境制御機能を付加した。一方、開発した密閉セルを使って、揮発性のあるメタノール－水混合液中でのグラファイト表面における分子吸着構造計測を実現した。また、溶液置換機能を使って、界面活性剤であるCTAB分子のサファイア上における吸着構造の溶液濃度依存性を明らかにした。以上の通り、本研究により、3D-SFMによる分子吸着解析技術の実用性・有用性を大幅に改善することができた。

自由記述の分野

ナノ計測工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

固液界面に分子吸着構造を形成することで、界面物性を制御する技術は様々な材料・デバイスに応用されているが、そのような揺動する分子の３次元吸着構造を直接観察することは従来技術では困難であった。本研究で開発した技術により、それらの吸着構造が可視化できれば、界面物性の起源を分子レベルで根本的に理解することができ、それをより精密に制御うすることが可能となる。これにより、潤滑性、防汚性、親水性、凝集性など、様々な界面物性・機能をより最適に制御できるようになる。これらは、界面科学の発展につながるだけでなく、例えば自動車の燃費向上、液晶デバイスの性能向上など、社会の発展にも貢献するものと期待される。