自己組織化単分子層の凹凸パターンを利用した微小機械要素の表面機能化に関する研究

利用自组装单层不均匀图案进行微机械元件表面功能化的研究

基本信息

批准号：
15656031
负责人：
中谷彰宏
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

マイクロマシンや、ナノロボット、ナノマシンなどの構造部品としてのナノスケールの機械要素に対する設計手法の確立が望まれている中で、近年、ナノレベルの構造制御法の一つとして、自然な形態形成や自己組織化を利用する方法が注目されてきている。自己組織化単分子層(Self-Assembled Monolayer ; SAM)の利用もそのような応用の一つである。本研究課題では、格子転位の概念を、凹凸のパターンを付与したSAM表面の分子間力によりつくられる場のミスフィットに適用し、表面特性の改善や、相対すべり運動する微小機械要素実現のための表面の機能化を目的としている。平成16年度は、昨年度に引続き自己組織化単分子層の基本特性を把握するために、まず、分子間相互作用を記述するポテンシャル関数の調査を行った後に、引続き、Au(111)、および、Si(111)基板のSAMモデルを用いた摺動特性の評価を行なった。前者は均質なSAMモデル、後者は50%サイトに分子が吸着する不均衡も出るとなっている。分子鎖を考え、分子間相互作用には、MM3パラメーターを用いた。SAMの相対すべり運動の分子動力学シミュレーションでは、摺動方向を変化させた様々な条件に対して、押し付け力とすべり方向のせん断力との関係から、摩擦係数を評価し、その異方性を調べた。Au基板のモデルでは押し付け量がある限界値を越えると、摩擦係数が不連続に大きくなるという結果が得られたが顕著な異方性は見られなかった。一方、Si基板では摺動方向によって摩擦係数が異なることが明らかとなった。また、変位制御条件下での荷重変動は、分子鎖の周期と一致し、表面間ポテンシャルにパイエルスポテンシャルとのアナロジーが成立することが分かった。さらに、すべり方向の分子配列における変位量は互いに強い相関が見られたが、すべり方向に垂直な方向の分子配列においては変位量は一様ではなく、キンク運動に類似した機構が認められた。以上のことから、自己組織化単分子膜の摺動に格子力学における転位論を適用できる可能性が示された。

虽然人们希望建立一种纳米级机械元件的设计方法，作为微型机器、纳米机器人、纳米机器等的结构部件，但近年来，自然形态发生和自我转变已被开发为一种在纳米级控制结构的方法。利用组织正在引起人们的关注。其中一种应用是使用自组装单层 (SAM)。在这个研究项目中，我们将晶格位错的概念应用于具有不平坦图案的SAM表面上由分子间力产生的场失配，旨在改善表面特性并实现具有相对滑动运动的微机械元件。使表面功能化2004年，继去年之后，为了了解自组装单分子层的基本性质，我们首先研究了描述分子间相互作用的潜在函数，然后继续研究Au(111)和……我们评估了滑动性质使用 SAM 模型绘制 Si(111) 衬底的模型。前者是均质SAM模型，而后者是分子被吸附到50%位点的不平衡模型。考虑到分子链，MM3参数用于分子间相互作用。在SAM相对滑动运动的分子动力学模拟中，根据滑动方向变化的各种条件下滑动方向上的推力和剪切力之间的关系来评估摩擦系数，并评估其各向异性I。调查了一下。在Au基底模型中，当压力超过一定限度时，摩擦系数不连续增加，但没有观察到明显的各向异性。另一方面，可知Si基板的摩擦系数根据滑动方向而不同。此外，还发现位移控制条件下的载荷波动与分子链的周期一致，面间电势与 Peierls 电势具有类比性。此外，虽然滑移方向上的分子取向的位移彼此强相关，但与滑移方向垂直的方向上的分子取向的位移并不均匀，并且观察到类似于扭结运动的机制。上述结果表明，将晶格力学中的位错理论应用于自组装单分子层的滑动运动是可能的。