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原子間力顕微鏡を用いた湿度環境下における金属酸化膜の表面間力測定と水メニスカスモデルによる評価

原子間力顕微鏡を用いた湿度環境下における金属酸化膜の表面間力測定と水メニスカスモデルによる評価

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カテゴリ: 論文誌(論文単位)

グループ名: 【E】センサ・マイクロマシン部門

発行日: 2012/11/01

タイトル(英語): Theory and Experiment for Capillary Condensation of Water on Metal Oxide Films in a Humid Environment Studied by Atomic Force Microscope

著者名: 山下 崇博(東京大学大学院 工学系研究科),伊藤 寿浩(産業技術総合研究所 集積マイクロシステム研究センター),須賀 唯知(東京大学大学院 工学系研究科)

著者名(英語): Takahiro Yamashita (School of Engineering, The University of Tokyo), Toshihiro Itoh (Research Center for Ubiquitous MEMS and Micro Engineering, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology), Tadatomo Suga (School of Engineering, The University of Tokyo)

キーワード: 表面間力,原子間力顕微鏡,毛管力,水メニスカス,スティクション  adhesion force,atomic force microscope,capillary force,liquid meniscus,stiction

要約(英語): This article critically discusses van der Waals and capillary forces as a function of relative humidity (RH) measured by atomic force microscope (AFM), which, as recently reported, show a discontinuous behavior at a low and high RH. We measure adhesion forces systematically on hydrophilic aluminum and copper oxide sample surfaces in a controlled humid environment using three different AFM probes, an AFM cantilever with a standard probe tip, super sharp probe tip, and an AFM tipless cantilever. In addition, we estimate the van der Walls and capillary forces by a prolate spheroid-plane, oblate spheroid-plane, or tilted plane-plane geometry in view of the actual AFM probe shapes, and compare with the experimental data in adhesion force measurements. Our studies indicate that a discontinuous behavior of capillary force on the hydrophilic surface at low RH is due to the influence of the sample surface roughness, and that at high RH is due to the effect of shape of the AFM probe. The modified formulations predict adhesion force better than conventional ones between the AFM probe and sample surface in the RH range of 10-85%.

本誌: 電気学会論文誌E(センサ・マイクロマシン部門誌) Vol.132 No.11 (2012)

本誌掲載ページ: 397-406 p

原稿種別: 論文/日本語

電子版へのリンク: https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejsmas/132/11/132_397/_article/-char/ja/

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