マイクロメカニクスにおける水分子の吸着と表面相互作用

微观力学中的水分子吸附和表面相互作用

• 批准号: 05750146
• 负责人: 田川 雅人
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Osaka University
• 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: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750146/
• 关键词: マイクロマシン; H_2O; トライボロジー; 吸着; LIGA; Ni

Niを材料とするLIGAプロセスは高いアスペクト比を持つ微小機械要素を作製できることから、大気中のみならず人体内などの極限環境下でも使用されるマイクロメカニクス作製技術として注目されている。マイクロメカニクス表面にはほとんどすべての動作環境においてH_2O分子が吸着すると考えられるが、これがマイクロメカニクスの運動性にどのような影響を与えるかは、マイクロメカニクスを実用化する上で極めて重要であるにもかかわらず現在まで全く知見が得られていない。本研究では高湿度環境下でのマイコロメカニクスの動作特性を解析するために、QCM法を用いた吸着等温線測定およびレーザーエリプソメトリーで水分子の吸着量をモニターし、Ni深針との相互作用力を測定することにより、H_20分子が存在する系でのマイクロメカニクス表面で生じる現象を解明することを目的とした。本年度の研究実施計画に基づき、まず試料表面の光学定数やH_2O膜厚を同時測定するためのレーザーエリプソメーターを作製し、現有の実験装置に取り付けるための改造を行なった。直線偏光He-Neレーザー発振管ならびに電源(129,780)を備品として、またコンピューターの計算能力を向上させるためのCyrix486倍速CPUボード、エリプソメーターの構成要素である検光子およびその駆動系、光学部品、検出素子、真空用窓、I/Oボード等(729,440)を消耗品として購入した。光学研磨を行なったAu電極の水晶振電動子にH_2O分子を吸着させ、その吸着量をQCM法、ならびにエリプソメーターでモニターしながらTipの凝着特性を調べた。その結果、Tip-試料表面間の凝着にはヘルツの接触面積と吸着水分子層のメカニカスによる効果の両方を考慮する必要があり、吸着水分子層が1〜数分子層の領域で最も機械的運動特性が影響を受けるという結果が得られた。またエリプソメーターで測定した光学定数△はQCM法によって求められた水分子吸着量に対応した変化を示し、水分子吸着層厚を測定する上でのエリプソメトリの有効性が示された。エ プソメトリはQCM法が適用できない温度領域やバルク試料にも適応可能であることから、QCM法と併用することによって幅広い試料表面での水分子吸着を解析することが可能であると思われ、特に理想表面に近い原子オーダーで平坦な表面の解析や凝着モデルの構築に力を発揮するものと期待できる。

以Ni为材料的LIGA工艺可以制造高纵横比的微机械元件，因此作为一种不仅可以在大气中使用而且可以在人体内等极端环境中使用的微机械制造技术而受到关注。 。人们认为，几乎在所有操作环境中，H_2O分子都会吸附在微机械表面，但这如何影响微机械的运动性对于微机械的实际应用极为重要，但迄今为止尚未获得相关知识。在本研究中，为了分析高湿度环境下微机械的运行特性，我们使用QCM方法和激光椭圆光度法通过吸附等温线测量来监测水分子的吸附量，本研究的目的是阐明这种现象。通过测量作用力，在 H_20 分子存在的系统中的微机械表面上发生这种情况。根据今年的研究实施计划，我们首先创建了激光椭偏仪来同时测量样品表面的光学常数和H_2O膜厚度，并对其进行改造安装在现有的实验设备中。设备包括线偏振氦氖激光振荡管和电源（129,780）、用于提高计算机计算能力的Cyrix 486双速CPU板、椭圆偏振仪的组成部分分析仪及其驱动系统、光学部件、元件、真空窗口、I/O 板等（729,440）作为消耗品购买。将H_2O分子吸附到光学抛光Au电极的晶体振荡器上，并在使用QCM方法和椭圆计监测吸附量的同时研究尖端的粘附性能。因此，对于针尖与样品表面之间的粘附，需要同时考虑赫兹接触面积和吸附水分子层的机械效应，并且在吸附水分子层的区域中粘附力最强。结果表明，目标的运动特性受到了一层到几层的影响。此外，用椭偏仪测量的光学常数△显示出与QCM方法测定的水分子吸附量相对应的变化，证明了椭偏仪在测量水分子吸附层厚度方面的有效性。由于真空度测定法可以应用于 QCM 方法无法应用的温度范围和大块样品，因此通过将其与 QCM 方法结合使用，似乎可以分析各种样品表面上的水分子吸附。对于分析接近理想表面的原子级平面以及构建粘附模型非常有用。

项目成果

M.Tagawa et al.: "Influence of oxygen adsorption on field-stimulated exoelectron emission from high-purity aluminum" Applied Surface Science. Vol.72. 259-265 (1994)

M.Takawa 等人：“氧吸附对高纯铝场激外电子发射的影响”应用表面科学。

大前伸夫ら: "マイクロマシンのトライボロジー" 機械の研究. Vol.46. 104-107 (1994)

Nobuo Ohmae 等人：“微型机器摩擦学”机器研究第 46 卷（1994 年）。