AFM技術を用いた液体超薄膜の面内・面外高速流動特性に関する実験的研究

利用AFM技术研究超薄液膜面内和面外高速流动特性

基本信息

批准号：
14702026
负责人：
松岡広成
金额：
$ 18.8万
依托单位：
Tottori University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、液体超薄膜(厚さ数nm)の面内・面外高速流動特性を実験的に解明し、学術的考察のみならず、微小機械の潤滑設計指針を得ることである。具体的には、i)原子間力顕微鏡(AFM)を用い、液体超薄膜の高速流動特性を超高精度に測定する手法を確立し、次に、これを用いて、ii)面外高速振動に対する液体超薄膜の流動特性、およびiii)面内高速摺動に対する液体超薄膜の流動特性を、種々の実験条件下で解明する。平成16年度は、超薄膜液体の高速流動特性のさらなる高精度計測に向けて、AFMカンチレバーの振動特性および一般的にAFMに用いられている光てこ法による振動計測について、理論的・実験的に検討を行った。まず、カンチレバー先端に集中質量がある場合(探針を想定)の振動特性解析を行った。その結果、カンチレバー全体の質量と集中質量との質量比により、補正係数が変化することを定性的に明らかにした。ここで補正係数とは、光てこ法がカンチレバーのたわみ角を測定しているため、これを変位振幅に変換する係数のことである。補正係数は、振動周波数にも依存している。次に、カンチレバー先端にばねが付加された場合(ファンデルワールス力やメニスカス力など、試料との相互作用を想定)の振動解析を行った。その結果、カンチレバーの静的ばね定数と先端付加ばねとのばね定数比によって補正係数が変化することを示した。さらに、本研究で製作したピエゾ素子振動特性測定装置を用いて加振部の振動特性計測を行うとともに、AFMでカンチレバー先端の振動特性計測を行った。得られた2つの結果から、カンチレバーの振幅比を実験的に求めることに成功した。

这项研究的目的是实验阐明超薄液体膜的平面内和面外高速流动特性（几个nm厚），不仅获得了学术考虑，而且还获得了微机械润滑设计的指南。具体而言，i）一种使用原子力显微镜（AFM）测量具有超高精度的超细液膜的高速流动特性的方法，然后使用这种方法，ii）ii）超薄液体膜的流动特性，用于较高的液体效率，以实验较高的效果，以实验较高的流动特征。在2004年，为了进一步准确测量超薄薄膜液体的高速流动特性，我们使用AFM中常用的光杠杆方法进行了有关AFM悬臂的振动特性以及振动测量的理论和实验检查。首先，当悬臂尖端有浓缩质量时（假设探针）时，分析了振动特征。结果，很明显，校正系数的变化取决于整个悬臂和浓缩质量的质量比。在这里，校正系数是通过使用光杆方法将其转换为位移幅度的系数，可转换悬臂的挠度角。校正系数还取决于振动频率。接下来，将弹簧添加到悬臂的尖端时进行振动分析（假设与样品相互作用，例如范德华力和半月板力）。结果，结果表明，校正系数的变化取决于悬臂的静态弹簧常数和尖端添加的弹簧之间的弹簧常数比。此外，使用本研究中制造的压电元件振动特性测量装置测量了振动部分的振动特征，并使用AFM测量了悬臂尖端的振动特征。从获得的两个结果中，我们通过实验成功地获得了悬臂的振幅比。

项目成果

期刊论文数量（16）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

保科有希, 松岡広成, 福井茂寿: "AFMカンチレバーの非減衰強制振動とその4分割フォトダイオードによる測定に開する理論解析"日本機械学会中国四国学生会第34回学生員卒業研究発表講演会講演前刷集. 206 (2004)

Yuki Hoshina、Hironari Matsuoka、Shigehisa Fukui：“AFM 悬臂的无阻尼受迫振动的理论分析及其使用 4 段光电二极管的测量”日本机械工程师学会、中国四国学生会第 34 届毕业研究报告讲座，讲座前打印206（2004）

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H.Matsuoka, S.Fukui, H.Morishita: "Dynamics of Liquid Meniscus Bridge of Intermittent Contact Slider"IEEE Transactions on Magnetics. Vol.38, No.5. 2135-2137 (2002)

H.Matsuoka、S.Fukui、H.Morishita：“间歇接触滑块液体弯月桥的动力学”IEEE 磁学汇刊。

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H.Matsuoka, S.Ohkubo, S.Fukui: "Dynamic Characteristics of Flying Head Slider Considering van der Waals Forces(Analyses Based on the Corrected van der Waals Force Equation for Multilayers)"Proceedings of the 2003 Magnetic Storage Symposium, Frontiers of M

H.Matsuoka、S.Ohkubo、S.Fukui：“考虑范德华力的飞头滑块的动态特性（基于多层修正范德华力方程的分析）”2003年磁存储研讨会论文集，M的前沿

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松本俊二, 森下裕司, 松岡広成, 福井茂寿: "液体メニスカスが局在する固体面間に生ずる液体反力の解析(接触角が変化する場合の力学系の応答解析)"日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集. 297-198 (2002)

Shunji Matsumoto、Yuji Morishita、Hironari Matsuoka、Shigehisa Fukui：“分析液体弯液面局部的固体表面之间产生的液体反作用力（接触角变化时动力系统的响应分析）”日本摩擦学会摩擦学会议会议记录297-198（2002）

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小林真也, 松岡広成, 福井茂寿: "AFM カンチレバーの静的たわみによる4分割フォトダイオード電圧出力特性に関する理論解析"日本機械学会中国四国学生会第34回学生員卒業研究発表講演会講演前刷集. 204 (2004)

Shinya Kobayashi、Hironari Matsuoka、Shigehisa Fukui：“由于 AFM 悬臂的静态偏转而对 4 分割光电二极管的电压输出特性进行理论分析”，日本机械工程学会、中国四国学生会第 34 届学生毕业研究报告讲座预印本集 204 (2004)

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浅田　凌太，篠原　郁哉，前川　覚，松岡　広成，福井　茂寿