| 研究課題/領域番号 |
26288097
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
中嶋 健 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (90301770)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 原子間力顕微鏡 / ナノ触診 / 粘弾性計測 / 温度時間換算則 / 正接損失像 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では弾性率や凝着エネルギーなどの力学物性値をナノスケールの空間分解能で画像化できる、研究代表者がこれまで開発してきたナノ触診原子間力顕微鏡（ナノ触診AFM）を粘弾性計測が可能となるように発展的に拡張することを目的にしている。具体的には6桁におよぶ広帯域の周波数掃引を行えるようにし、それによって線形粘弾性理論の根幹である温度時間換算則における最も重要なパラメーターであるシフトファクターを、巨視的な粘弾性計測装置が計測するそれよりも精密に計測することを目指している。平成26年度は粘弾性計測を行うための従来の標準的手法であるフォースモジュレーション法で採用される走査用圧電スキャナーに正弦波的信号を摂動として加える方式ではなく、圧電スキャナーと試料の間に電気的に独立している高周波帯域のピエゾアクチュエータを導入し、完全に外部から駆動するという方式で、粘弾性計測の広帯域化を目指した。
アクチュエータ自身の共振は500 kHz以上と十分高いものを利用したが、AFM装置に組み込むことで実際にはさまざまな共振モードが立つことが判明した。それでも上限を20 kHzとする6桁の周波数掃引を実現することができた。ただしイメージングの場合には下の3桁は現実的ではなく、思わしくない共振モードの低減とさらなる高周波数帯の実現は今後の課題である。なお完成したナノ触診AFM粘弾性計測拡張版を用いて、スチレンブタジエンゴム／イソプレンゴムをモデル試料として貯蔵弾性率・損失弾性率・正接損失像を得ることに成功し、得られた各値のマクロな物性値との良い一致も確認できた。
なお次年度の計画に向けて初年度に導入した高速スキャンモードオプションについても、その動作確認を初年度内に完了することができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
H26年度交付申請書に記載した「H26年度の研究実施計画」の主項目であるナノ触診AFM粘弾性計測拡張版の試作は予定通り完了し、「H27年度の研究実施計画」記載のモデル試料による周波数応答測定にも着手することができた。その結果、インパクトファクターの高い学術誌に二報論文を記載することもできたし、国際会議の招待講演でもその成果について発表することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
上述のようにH26年度は当初予定していたH27年度の研究実施計画の一部も含めて前倒しして完了することができたため、H27年度交付申請書にはさらに前倒しした計画を記載することができた。ただし最終目標である「温度時間換算則における最も重要なパラメーターであるシフトファクターを、巨視的な粘弾性計測装置が計測するそれよりも精密に計測し、真の分散地図を描く手法として昇華させる」ためには温度コントロールが必要不可欠である。本年度に実現したシステムでは原理的に温度コントロールが不可能であり、H27年度は当初の予定通りH26年度に購入した高速スキャンモードオプションを改造し、ナノ触診AFM粘弾性計測拡張版Version 2を実現する必要がある。既にその準備は進めているところである。
また現システムのオープンループ型圧電スキャナーでは粘弾性計測が安定しない問題が実際の測定中に発覚したので、H27年度は現有のクローズループ型圧電スキャナーを本目的のために動作させられるようなコントロールシステムを導入することで対応を試みる予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究計画当初予定していた主要な物品のうち改造用圧電スキャナーについては圧電スキャナーそのものを改造するよりもよい方法が見つかったので購入を取りやめた。その余剰金を安定した計測に必要不可欠な防音ボックスを購入に利用したが差額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成27年度分としては当初予定していなかった人件費を新たに計上した。当初の想定の見直しと上記次年度使用額を利用し、そこに充てる予定である。これによって研究を加速させたい考えである。
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