原子間力顕微鏡(AFM)のアサイラム リサーチ

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2013.10.2

   コンタクト共振粘弾性マッピングモード


アサイラム リサーチによるコンタクト共振粘弾性マッピングモード(Contact Resonance Viscoelastic Mapping Mode)の発表:
弾性率および損失率の両方の定量的なナノメカニカルイメージング

2013年9月12日 − オックスフォード・インストゥルメンツ社 アサイラム リサーチ事業部は、Cypher™ AFMおよびMFP-3D™ AFMの専用オプションである、コンタクト共振粘弾性マッピングモード(Contact Resonance Viscoelastic Mapping Mode)を発表いたしました。(CR; Contact Resonance)では、貯蔵弾性率と損失粘弾性率の両方において、高分解能で定量的なイメージングが可能です。この技術は、複合材料、薄膜、生体材料、ポリマーブレンドや、さらにセラミックや金属にまでいたる、およそ1GPaから200GPaの範囲の高いモジュラスから中程度のモジュラスの特性評価に適しています。このアサイラム専売のハードウェアおよびソフトウェアの開発により、コンタクト共振イメージングは、著しく高速になり、定量性も増し、さらに使いやすく、もっと広範囲の材料にまで適用できるようになりました。

「コンタクト共振の技術は90年代に初めて開発され、現在に至るまで、研究室レベルでつくられているもののひとつに過ぎませんでした。アサイラム リサーチはこの技術の可能性に気づき、この性能をお客様に提供するべく私たちのリソースを集中させました。」とアサイラム リサーチのAFMビジネスマネージャーであるベン・オーラーは語っています。「この業界トップの共同研究者の協力を得て、私たちは、そのスピードや使いやすさ、さらに定量的な性能を劇的に改善しました。その研究の成果がコンタクト共振粘弾性マッピングモードであり、この技術の一番最初の商用提供となりました。」

「コンタクト共振イメージングの重要な特徴は、材料の完全な粘弾性応答の特性評価にあります。」とアサイラム リサーチの社長で共同創設者のロジャー・プロクシュはコメントしました。「他のナノメカニカルイメージング技術のなかには、ただ材料の弾性率を測定するだけで、損失弾性率を測定する能力を持ち合わせていないものもあります。しかしながら、弾性と損失の両方の応答についての知見を得ることは、多くの新しい材料の特性にとって重要です。コンタクト共振粘弾性マッピングモードによって材料の全体像をより把握することができ、そしてこのことによりナノメカニカル特性がどのようにこれらの材料の現実世界のアプリケーションに影響を及ぼすのかという、より正確で有用な洞察を可能にするはずです。」


80/20ポリプロピレン/ポリスチレンブレンドをクライオトームで面出しした表面の4.5µm x 9µmの領域のコンタクト共振イメージ。若干の刃痕が見えています。(a) は算出したQ値(粘性率に対応)を3D形状像にペイントしたもので、(b) は形状像にコンタクト共振 f0 (弾性率に対応)をペイントしたものを示しています。f0 ではPP/PS領域のコントラストの差が少なく、バルク貯蔵弾性モジュラスの差異が小さいことと一致しています。一方で、PPとPSのQ値のコントラストは大きく、バルク損失モジュラスの差異が大きいことと一致しています。Gannepalli et al. Nanotechnology 22 355705 (2011)のデータを一部改編。
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多くのアサイラム リサーチの独占技術がコンタクト共振粘弾性マッピングモードの優れた性能を可能にしました。MFP-3D AFMとCypher AFMの両方に対して、大きく減衰されるカンチレバー用とサンプル用のアクチュエータを開発しました。これらは、極めてロバストで正確に動作し、非常にクリーンかつ広帯域励起で利用することができます。デュアルAC™共振トラッキング(DART; Dual AC™ Resonance Tracking)およびバンド励起(Band Excitation)のエレクトロニクスは、高速での弾性応答および粘性応答の両方の測定を提供しながら、コンタクト共振周波数とQ値の両方の素早い測定を可能にします。最後に、独自のソフトウェアにより、ユーザーは、最も適切な解析モデルを選択することが可能になり、そしてこのテクニックを校正するために必要なステップを易しくガイドしてくれます。コンタクト共振のパッケージは新規のMFP-3D AFMやCypher S AFMのシステム、および現行システムのアップグレードとしての両方で使用可能です。

コンタクト共振粘弾性マッピングモードは、ナノスケールの材料特性評価の多数の技術から構成されている、アサイラム リサーチのNanomechPro™ ツールキットの一つのツールに過ぎません。アサイラムはナノメカニクスに対して、たとえどんなに最高のものがひとつだけあっても、それで全てをまかなうことはできないと考えています。複数の技術からの結果を比較することで、測定値に信頼性が加わり、新しい更なる情報を提供することが可能になるのです。

さらに詳しい情報はwww.AsylumResearch.com/ContactResonanceをご覧いただくか、sales.asylum.jp@oxinst.comまでメールでお問い合わせください。