Development of AFM technique for atomic-scale imaging of physical properties of hydration structure

水合结构物理性质原子尺度成像的 AFM 技术的发展

• 批准号: 22K04929
• 负责人: 小林 成貴
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: The University of Shiga Prefecture
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04929/
• 关键词: 原子間力顕微鏡; 固液界面; 水和構造; 水素結合; 水和; 水; ナノ計測

本研究課題では、垂直力と水平力を高感度で同時に検出できる液中周波数変調原子間力顕微鏡を用いて、水和構造とその物性を原子スケールで計測する手法を開発することを目的としている。水平力を検出するためには、カンチレバーをねじれ方向に振動させるが、今年度はまず、その振動振幅と原子分解能像のコントラストの関係について調べた。その結果、振動振幅が１００ｐｍ～１０ｐｍの間に最適値が存在する傾向が得られた。その結果をもとに、カルサイト表面－水界面で、垂直力と水平力の３次元力分布計測を行い、水和構造の可視化を試みた。垂直力の３次元力分布像には、既報と同じく、カルシウムイオン上に局在している水和水分子を表す輝点が観察された。同時に取得した水平力の３次元力分布像には、水和水分子の局在位置の両端で輝点が観察されたことから、探針側面と水和水分子の相互作用を可視化しているのではないかと考えられる。また、マイカでも同様の結果が得られた。

该研究项目的目的是开发一种使用浸入式调频原子力显微镜在原子尺度上测量水合结构及其物理性质的方法，该显微镜可以同时高灵敏度地检测垂直和水平力。为了检测水平力，悬臂梁在扭转方向上振动，今年我们首先研究了振动幅度与原子分辨率图像对比度之间的关系。结果发现，最佳振动幅度往往存在于 100 pm 至 10 pm 之间。基于这些结果，我们尝试通过测量方解石表面-水界面处垂直和水平力的三维力分布来可视化水化结构。与之前的报道一样，在法向力的三维力分布图像中观察到代表位于钙离子上的水合水分子的亮点。在同时获取的水平力的三维力分布图像中，在水合水分子局部位置的两端观察到亮点，将探针侧面与水合水分子之间的相互作用可视化。据认为，情况可能是这样。用云母也获得了类似的结果。

项目成果

垂直力と水平力を同時検出可能な液中FM-AFMによる水和構造計測

使用可同时检测垂直和水平力的浸没式 FM-AFM 进行水化结构测量

• 发表时间: 2023
• 作者: 阿部拓実;川村隆三;小林成貴
• 通讯作者: 小林成貴

原子間力顕微鏡による水和物結晶表面の配位水の観察

用原子力显微镜观察水合物晶体表面的配位水

• 发表时间: 2022
• 作者: 内藤詢平;田中彩音;作田健;小林成貴
• 通讯作者: 小林成貴