シェアフォース顕微鏡におけるプローブ・表面間相互作用の起源の解明

阐明剪切力显微镜中探针与表面相互作用的起源

基本信息

批准号：
09750074
负责人：
岡嶋孝治
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

平成9年度は、光検出型シェアフォース顕微鏡を用いて、シェアフォース相互作用の湿度依存性とプローブのバネ定数依存性を研究した。その結果、低湿度におけるシェアフォース相互作用は、プローブと表面の間の接触相互作用に起因し、高湿度のそれは、毛管凝集力に密接に関連する事がわかった。平成10年度は、まず、1997年にRuiter等とAtia等により開発された、音叉検出型シェアフォース顕微鏡を、新たに試作した。本装置は、プローブの共振周波数変化と振幅変化;こ追従できる回路を用いる事により、シェアフォース相互作用を高精度で測定する事ができる。本装置を用いて、前年度の研究の再検討を行った結果は、光検出型シェアフォース顕微鏡で得られた結果と同様であり、測定法の違いによる顕著な違いはなかった。以上の結果は、以前にGregor等により提案されたプローブ・表面の接触モデルと多くの不一致が生じる事がわかった。研究代表者は、本結果を説明するために、プローブの振動不安定性がシェアフォース相互作用と密接に関係している事を提案した。高湿度におけるプロープと表面間の接触時間とシェアフォース相互作用の関係を調べた結果、毛管凝集力に起因する相互作用のヒステリシス距離は、ほとんど変化しない事がわかった。この結果は、プローブと表面が接触すると、吸着水が1sec程度で、急速に凝集する事を示唆する。シェアフォース顕微鏡における、表面及び表面近傍の粘性、弾性の物性測定の可能性を評価するための試料の探索の中で、高分子ゲルの網目構造とその体積緩和の間に関する新たな現象を見つけた。

1997年，我们使用光电检测剪切力显微镜研究了剪切力相互作用的湿度依赖性以及探针弹簧常数的依赖性。结果表明，低湿度下的剪切力相互作用是由探针与表面的接触相互作用引起的，高湿度下的剪切力相互作用与毛细管内聚力密切相关。 1998年，我们首先生产了Ruiter等人和Atia等人于1997年开发的音叉检测型剪切力显微镜的新原型。该设备可以通过使用可以跟踪探头谐振频率和振幅变化的电路来高精度测量剪切力相互作用。使用该装置对前一年的研究进行复查，结果与光电检测剪切力显微镜获得的结果相似，并没有因测量方法的不同而出现显着差异。发现上述结果与Gregor等人之前提出的探针-表面接触模型有很多出入。为了解释这一结果，主要研究者提出探针的振动不稳定性与剪切力相互作用密切相关。研究高湿度下接触时间与探针与表面之间的剪切力相互作用之间的关系的结果发现，由毛细管内聚力引起的相互作用的滞后距离几乎没有变化。这一结果表明，当探针与表面接触时，吸附的水在约 1 秒内迅速聚集。在寻找样品以评估使用剪切力显微镜测量表面和近表面粘度和弹性的物理性质的可能性时，我们发现了与聚合物凝胶的网络结构及其体积松弛相关的新现象。