成果報告書詳細
管理番号20110000000447
タイトル平成21年度成果報告書 平成21年度第1回採択産業技術研究助成事業 09A22005a 周波数変調ケルビンプローブ原子間力顕微鏡による固液界面での原子スケール表面構造・電位分布同時計測技術の開発 平成21年度中間
公開日2011/9/28
報告書年度2009 - 2009
委託先名国立大学法人金沢大学福間剛士
プロジェクト番号P00041
部署名研究開発推進部
和文要約本研究では、液中において表面構造を原子分解能観察できる周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)と、大気・真空中で表面電位分布を原子分解能観察できるケルビンプローブ原子間力顕微鏡(KFM)を組み合わせることで、固液界面の表面構造・電位分布を同時に原子分解能観察できる技術を開発する。KFMでは、鋭くとがったAFM用の探針と導電性試料との間に直流や交流のバイアス電圧を印加して、探針~試料間に働く静電気力を制御する。大気・真空中では、探針や試料に電圧を印加するだけで簡単にこれを実現できるが、液中でこの方法を用いると水の電気分解などの不要な電気化学反応を生じて、計測を行うことができない。そこで、本研究では参照電極や補助電極を導入し、探針や試料の電気化学ポテンシャルを参照電極に対して制御する。本年度は、専用の液中FM-AFM装置を作製し、原子分解能観察ができることを確認した。さらに、電気化学制御用のカンチレバーホルダ・試料ホルダを開発し、参照電極・補助電極を追加し、バイポテンショスタットを組み合わせることで、探針と試料の電気化学ポテンシャルを同時に制御できる液中FM-AFMを開発した。
英文要約Frequency modulation atomic force microscopy (FM-AFM) is capable of imaging atomic-scale structures in liquid while Kelvin probe force microscopy (KFM) is capable of imaging atomic-scale surface potential distribution in air and vacuum. In this study, we combine these two techniques to develop a method for simultaneous measurements of surface structures and potential distribution with atomic-scale resolution. In KFM, ac and dc bias voltages are applied between a sharp AFM tip and a conductive sample to control the tip-sample electrostatic interaction force. This is easily achieved in air or vacuum by applying voltage signals to a tip and a sample. However, the use of the same setup in liquid results in spurious electrochemical reactions such as electrolysis of water, which hinders potential measurements. In this study, we introduce reference and counter electrodes to control electrochemical potentials of a tip and a sample with respect to the reference electrode. In this fiscal year, we developed an FM-AFM setup dedicated to this application and confirmed the system is capable of imaging atomic-scale surface structures in liquid. In addition, we developed a cantilever holder and a sample holder which are compatible with electrochemical control. We combined the developed FM-AFM with reference and counter electrodes and a bipotentiostat. In this way, we developed a liquid-environment FM-AFM that is capable of controlling electrochemical potentials of a tip and a sample during imaging.
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