2022 Fiscal Year Annual Research Report
単分子の電気伝導率と剛性の同時計測に向けたＳＴＭ／熱振動ＡＦＭ複合機の開発
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20K15175
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
大江 弘晃 横浜市立大学, 理学部, 助教 (20793194)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 原子間力顕微鏡 / 熱振動エネルギー / グラフェンチェーン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、分子チェーンの曲がり／変形と電気伝導特性との相関計測を目標に、１ピコメートル（１兆分の１メートル）の熱振動振幅で動作するＡＦＭ法を確立を目指す。
２０２１年度までは熱振動振幅で動作するＡＦＭの構築に取り組んだ。その結果、ＡＦＭ探針と導電性試料との間に働く静電気力を計測し、斥力と比較して計測難度が高い引力計測でも１ピコメートルの超微小振幅で計測できることを実証した。
２０２２年度は、熱振動ＡＦＭを用いた曲がりと電気伝導特性の相関計測の試料として有望なグラフェンチェーンの作製に取り組んだ。グラフェンチェーンの材料には、ベンゼンの水素をフェニル基４つブロモフェニル基２つで置換した二臭化ヘキサフェニルベンゼン（Ｂｒ２－ＨＰＢ）を使用した。Ｂｒ２－ＨＰＢを超高真空中で金基板に蒸着して自己組織化単分子膜を作成し、加熱処理によって脱臭素と重合を誘起してＨＰＢチェーンを合成、その後さらに高温での加熱処理を施して炭素原子４８個からなる円盤状ナノグラフェン（ヘキサ－ペリ－ヘキサベンゾコロネン：ＨＢＣ）がＣ－Ｃ単結合で連なったＨＢＣチェーンを作成した。得られたＨＢＣチェーンは最大３０ナノメートル（１０億分の１メートル）と十分な長さが得られ、さらに各ＨＢＣユニット間が最大１５度程度までの折れ曲がり自由度を示した。変形によってチェーンが壊れることがなく、しかもトンネル効果の影響が問題にならないと予想できるほど大きなサイズが得られた点で、ＨＢＣチェーンは分子の曲がりと電気伝導特性の計測に適している。
現在、熱振動ＡＦＭは大気環境で動作するように構築したため、今後はＨＢＣチェーンを大気環境での計測に導入する手法、または熱振動ＡＦＭを真空環境で動作させるための方法を検討する。
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