2023 年度研究成果報告書

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

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研究課題/領域番号	22K14193
研究種目	若手研究
配分区分	基金
審査区分	小区分19020:熱工学関連
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 / 接触線 / 帯電 / 表面電荷密度 / 三相界線 / グラフェン
研究成果の概要	固体－液体－気体の異なる三相が相互作用しあう接触線の物理解明には、相界面の帯電状態を考える必要がある。本研究では、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)を基板技術として、ナノスケール相界面の基盤的知見を得ることを目指した。液滴近傍の固気界面をKPFM計測した結果、約100μmにわたって最大1.0V負に帯電する領域が存在し、既知の固液接触帯電とは異なる物理機構で生じていることがわかった。接触線をまたいで固気・固液界面を同時にKPFM計測できる新規液体セルの構築の目途が立った。TEMやAFMを用いた研究も並行し、ナノ材料・多孔質内の流動現象など多くの知見を得た。
自由記述の分野	界面工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	接触線近傍における特異な帯電を計測したのは世界初であり、接触線におけるフォースバランスといった熱・流体工学の長年の課題に新たな知見を提供するものである。また、水と固体面の相互作用から電力を直接抽出するブルーエネルギーの分野では接触線付近の固体面の帯電が特に重要であると予想されているが実測した例はなく、本研究結果が与えるインパクトは大きい。新規液体セルの構築が完了すればより定量的な知見を提供でき、その波及範囲は熱流体工学の垣根を越えてナノ流体工学・金属腐食工学・電気化学・界面科学など極めて広い。