産総研 - 三宅晃司

研　究　紹　介

AFMを利用したナノインデンテーション

特徴 μNからnNレベルの荷重域での押し込み試験による圧痕形成が可能圧痕形状をnmオーダーの分解能で観察することができる
応用例　－AFMインデンテーションによるポリマー薄膜の機械的特性評価－
高分子材料であるポリスチレン（PS）薄膜を対象に，AFMインデンテーションを薄膜の機械的特性評価に応用した例を紹介する。　図5は、球状圧子とダイヤモンド三角錐圧子を用いて得られたPS膜の弾性率である。PS膜として、膜厚が約150μmの厚膜（△、□）と約55nmの薄膜（▲、■）を用いた。 AFMの探針としては、ダイヤモンド製の三角錐圧子（△、▲）と曲率半径約100nmのRhコート窒化珪素探針（□、■）を用いた。	図　PS膜の弾性率
図中点線は、PSのバルクの引張試験より求めた弾性率（~ 4 GPa）、及び薄膜の膜厚（~ 55 nm）である。　厚膜，薄膜共に、表面近傍（5 nm以下の押し込み深さ）では、弾性率がバルクの値よりも小さくなっていることがわかる。これは、表面とバルク中での分子の運動性の違いにより、表面では圧子により負荷される応力が、バルクと比較して容易に緩和されることに由来すると考えている。