凝着
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2017/11/06 09:07 UTC 版)
詳細は「接着」を参照 凝着とは、二つの表面が互いに接触したままでいようとする性質を指す。AFMの発展とともに、凝着の研究においてマイクロ・ナノスケールが注目されるようになった。AFMを用いたナノインデンテーション実験によって凝着力を定量的に測定できるようになったのである。 これらの研究によれば、薄膜の硬さは膜厚によらず一定で、以下の式で与えられる。 H = P c A c {\displaystyle H={\frac {P_{\text{c}}}{A_{\text{c}}}}} ここで H は硬さ、Ac は圧痕の投影面積、Pc は圧子に印加された荷重である。 押し込み深さを h として d P d h {\textstyle {dP \over dh}} で定義される接触剛性は、圧子の接触線の半径 rc から以下のように求められる。 S = 2 ⋅ E ′ ⋅ r c {\displaystyle S=2\cdot E'\cdot r_{\text{c}}} 1 E ′ = 1 − ν i 2 E i + 1 − ν s 2 E s {\displaystyle {\frac {1}{E'}}={\frac {1-\nu _{\text{i}}^{2}}{E_{\text{i}}}}+{\frac {1-\nu _{\text{s}}^{2}}{E_{\text{s}}}}} E′ は換算ヤング率(reduced Young's modulus)、Ei と νi は圧子のヤング率とポアソン比、Es と νs は試料のヤング率とポアソン比である。 しかし、rc は常に直接観察から求められるとは限らない。hc(インデント深さ)から推定することはできるが、盛り上がりや沈み込みが存在していてはならない(Sneddon表面条件が完全に満たされていなければならない)。 そうではない場合、例えば沈み込みがあるなら、円錐形の圧子について以下が成り立つ。 右図から以下の関係がわかる。 h = h c + h e {\displaystyle h=h_{\text{c}}+h_{\text{e}}} r c = h c ⋅ tan α {\displaystyle r_{\text{c}}=h_{\text{c}}\cdot \tan \alpha } h e = ϵ ⋅ h {\displaystyle h_{\text{e}}=\epsilon \cdot h} ここで ϵ {\displaystyle \epsilon } は圧子形状による定数で、円錐形の場合は ϵ = 1 − 2 π {\textstyle \epsilon =1-{\frac {2}{\pi }}} 、球形の場合は ϵ = 1 2 {\textstyle \epsilon ={\frac {1}{2}}} 、先端が平らな円筒形では ϵ = 1 {\textstyle \epsilon =1} となる。 ここからOliverとPharrは、凝着力を考えず弾性力 Fe のみを考慮して以下の結論を導いた。 F e = 2 π ⋅ E ′ ⋅ tan α ⋅ ( h − h f ) 2 {\displaystyle F_{\text{e}}={\frac {2}{\pi }}\cdot E'\cdot \tan \alpha \cdot (h-h_{\text{f}})^{2}} P = F e + F a {\displaystyle P=F_{\text{e}}+F_{\text{a}}} W a = − γ a ⋅ 4 ⋅ tan α π ⋅ cos α ⋅ h c 2 {\displaystyle W_{\text{a}}=-{\frac {\gamma _{\text{a}}\cdot 4\cdot \tan \alpha }{\pi \cdot \cos \alpha }}\cdot h_{\text{c}}^{2}} F a = − γ a ⋅ 8 tan α π ⋅ cos α ⋅ ( h − h f ) {\displaystyle F_{\text{a}}=-{\frac {\gamma _{\text{a}}\cdot 8\tan \alpha }{\pi \cdot \cos \alpha }}\cdot (h-h_{\text{f}})} P ( h ) = 2 E ′ ⋅ tan α π ⋅ ( h − h f ) 2 − γ a ⋅ 8 tan α π ⋅ cos α ⋅ ( h − h f ) {\displaystyle P(h)={\frac {2E'\cdot \tan \alpha }{\pi }}\cdot (h-h_{\text{f}})^{2}-{\frac {\gamma _{\text{a}}\cdot 8\tan \alpha }{\pi \cdot \cos \alpha }}\cdot (h-h_{\text{f}})} 凝着力の項が追加されたことの意味は以下のグラフに表されている。 凝着が無視できない場合、負荷の過程では、凝着力は押し込み仕事に寄与するため押し込み深さが増加する。逆に除荷の過程では、凝着力は変位を阻害し、負の荷重(引力)さえ生じる。
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凝着と同じ種類の言葉
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名詞およびサ変動詞(化学) | 培養 重合 凝着 熔解 熔融 |
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