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2023 年度 実績報告書

表面電荷密度マッピングが切り拓く相界面ナノフルイディクス

研究課題

研究課題/領域番号 22K14193
研究機関九州大学

研究代表者

手嶋 秀彰  九州大学, 工学研究院, 助教 (60906220)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
キーワードケルビンプローブフォース顕微鏡 / 帯電 / 表面電荷密度 / 接触線 / 相界面 / グラフェン
研究実績の概要

本研究ではナノスケールの相界面や固気液三相界線の物理、特に熱流体工学やエネルギー分野に関連する帯電現象の理解を進展させるために、表面電位を計測できるケルビンプローブフォース顕微鏡(KPFM)を基軸とした実験をしている。
液滴の接触線近傍の固気界面をKPFMを用いて観察した結果、接触線から数十μm離れた領域において最大1.0Vほど負に帯電する領域があるとわかった。実験系を工夫することで平行平板間コンデンサモデルによる表面電荷密度への変換を可能にし、その値を見積もった結果およそ-56μC/m2となることがわかった。今後は液滴の帯電量を別途把握することで、帯電量に対する固気表面電荷密度および影響範囲を明確にし、固気界面帯電の詳細なメカニズムを調査する予定である。また関連して、酸化シリコン基板上に生成したナノ液滴の接触線をAFMによって形状計測したところ、原子レベルの表面粗さであっても接触線は強くピニングされて蒸発時の液滴挙動に影響を与えることが明らかになった。
三相接触線をまたいで固気・固液界面両方の表面電位を同時計測できる架橋グラフェン液体セルについては、実験手順の簡素化のために単層グラフェンフィルムTEMグリッドの利用を計画していたが、金メッシュの剛性の低さからKPFM計測が安定しなくなることが判明した。そのため初期の計画通り、窒化シリコンでできたマイクロポーラスTEMグリッドにグラフェンを転写して利用することを計画している。今後は前述したナノ液滴やマクロな水滴をグラフェンに接触させることで、接触線のKPFM直接計測が実現できると考えている。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Nano-captured water affects the wettability of cellulose nanofiber films2024

    • 著者名/発表者名
      Misaka Masumi、Teshima Hideaki、Hirokawa Sota、Li Qin-Yi、Takahashi Koji
    • 雑誌名

      Surfaces and Interfaces

      巻: 46 ページ: 103923~103923

    • DOI

      10.1016/j.surfin.2024.103923

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crack expansion dynamics of freeze-dried soybean curd during rehydration2024

    • 著者名/発表者名
      Hirakawa Mai、Teshima Hideaki、Ikuta Tatsuya、Takahashi Koji
    • 雑誌名

      Food Science and Technology Research

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.3136/fstr.FSTR-D-23-00230

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimizing the methodology for accurate and accessible slip length measurement with atomic force microscopy2024

    • 著者名/発表者名
      Ishida Haruya、Teshima Hideaki、Li Qin-Yi、Takahashi Koji
    • 雑誌名

      International Journal of Thermofluids

      巻: 22 ページ: 100634~100634

    • DOI

      10.1016/j.ijft.2024.100634

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Crack Propagation Mechanism of Freeze-Dried Soybean Curds during the Rehydration Process2023

    • 著者名/発表者名
      Mai Hirakawa、Hideaki Teshima、Tatsuya Ikuta、Koji Takahashi
    • 学会等名
      76th Annual Meeting of the American Physical Society Division of Fluid Dynamics
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of AFM Measurement Method for Slip Length Considering the Effect of Electric Double Layer Force2023

    • 著者名/発表者名
      Haruya Ishida、Hideaki Teshima、Koji Takahashi
    • 学会等名
      Micro and Nano Flows Conference 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermally Induced Nucleation, Growth, and Dissolution of Surface Nanobubbles2023

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Teshima、Qin-Yi Li、Koji Takahashi
    • 学会等名
      Micro and Nano Flows Conference 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Investigation of Solid-Liquid Interfacial Phenomena at the Nanoscale2023

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Teshima
    • 学会等名
      10th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Experimental Investigation of Solid-Liquid-Gas Interfacial Phenomena at the Nanoscale2023

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Teshima
    • 学会等名
      2024 I2CNER Annual Symposium Thrust Workshop ~Advanced Energy Materials Thrust & Multiscale Science and Engineering for Energy and the Environment Thrust~
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] AFMを用いた固液界面のナノスケール気相計測とその信頼性2023

    • 著者名/発表者名
      手嶋秀彰、高橋厚史
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第79回学術講演会
  • [学会発表] 温度変化に誘起される界面ナノバブルとマイクロパンケーキのダイナミク2023

    • 著者名/発表者名
      手嶋秀彰、高橋厚史
    • 学会等名
      日本混相流学会 混相流シンポジウム2023
  • [学会発表] 界面ナノバブルの安定性と内圧に関する実験的研究2023

    • 著者名/発表者名
      手嶋秀彰、永野箇実、高橋厚史
    • 学会等名
      日本機械学会 熱工学コンファレンス2023
  • [学会発表] ケルビンプローブフォース顕微鏡法を用いた固気液三相接触線近傍の帯電現象に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      石原佑樹、手嶋秀彰、高橋厚史
    • 学会等名
      日本機械学会 第14回マイクロ・ナノ工学シンポジウム

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公開日: 2024-12-25  

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