JP2011220723A

JP2011220723A - ナノ粒子の表面粗さ測定方法

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Publication number: JP2011220723A
Application number: JP2010087417A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Ishikawa; 和高石川; Shigetaka Inoue; 滋登井上
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2010-04-06
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2011-11-04

Abstract

【課題】直接ナノ粒子の表面粗さを精度よく測定する。
【解決手段】原子間力顕微鏡を用いてナノ粒子の表面粗さを測定する方法は、表面にアミノ基を有する基板上にナノ粒子分散液を塗布して乾燥させることにより基板上にナノ粒子を固定する工程１と、工程１でナノ粒子を固定した基板を原子間力顕微鏡の試料台に設置する工程２と、工程２で原子間力顕微鏡の試料台に設置した基板上に固定されたナノ粒子の表面粗さをプローブを用いて測定する工程３とを含む。
【選択図】なし

Description

本発明は、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope;AFM）を用いてナノ粒子の表面粗さを測定する方法に関する。

近年、ナノ粒子は多くの分野で機能性材料として用いられているが、その表面の凹凸を制御することで更に機能性材料の性能を向上させることができる。

ナノ粒子の表面粗さの評価は、従来、その比表面積から求められることが多く、ＢＥＴ法（非特許文献１参照）、ブレーン法（非特許文献２参照）等がその方法として挙げられる。しかしながら、これらの方法は粒子の集合体に対する比表面積を与えるものであり、直接ナノ粒子の表面粗さを表しているとは言い難い。

一方、原子間力顕微鏡を用いて粒子の表面粗さを測定する方法として、粒子径２５０〜８４０μｍのシリカ粒子を接着剤を用いて基板に固定して表面粗さを測定する方法が非特許文献３に示されている。

また、原子間力顕微鏡を用いてナノ粒子を測定する方法として、粒子径１８０ｎｍ程度のゼラチン粒子を負の表面電荷を持ったサンプルグリッドに固定して形状を測定する方法が非特許文献４に紹介されている。

ＪＩＳＺ８８３０「気体吸着による粉体（固体）の比表面積測定方法」ＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法」中野寧ら, 表面科学 14, 342-346 (1993). Jan C. Zillies et al., Analytical Chemistry 79, 4574-4580 (2007).

原子間力顕微鏡を用いて粒子の表面粗さを評価する方法において、接着剤によって粒子を基板に固定した場合、粒子表面に接着剤が付着する可能性があり、ＴＯＦ−ＳＩＭＳやＸＰＳ等の表面分析装置を用いて粒子表面に接着剤が付着していないことを確かめる必要がある。しかしながら、ナノ粒子の場合、粒子表面への接着剤の付着の有無を確認することは困難である。

本発明の課題は、直接ナノ粒子の表面粗さを精度よく測定することである。

本発明は、原子間力顕微鏡を用いてナノ粒子の表面粗さを測定する方法であって、表面にアミノ基を有する基板上にナノ粒子分散液を塗布して乾燥させることにより該基板上にナノ粒子を固定する工程１と、該工程１でナノ粒子を固定した基板を原子間力顕微鏡の試料台に設置する工程２と、該工程２で原子間力顕微鏡の試料台に設置した基板上に固定されたナノ粒子の表面粗さをプローブを用いて測定する工程３とを含む。

本発明によれば、表面にアミノ基を有する基板上にナノ粒子を固定するので、直接ナノ粒子の表面粗さを精度よく測定することができる。

表面粗さ測定に用いたシリカナノ粒子１の透過型電子顕微鏡写真である。表面粗さ測定に用いたシリカナノ粒子２の透過型電子顕微鏡写真である。表面粗さ測定に用いたシリカナノ粒子３の透過型電子顕微鏡写真である。

以下、実施形態について詳細に説明する。

本実施形態に係るナノ粒子の表面粗さ測定方法では原子間力顕微鏡を用いる。そして、本実施形態に係るナノ粒子の表面粗さ測定方法は、表面にアミノ基を有する基板上にナノ粒子分散液を塗布して乾燥させることにより基板上にナノ粒子を固定する工程１と、工程１でナノ粒子を固定した基板を原子間力顕微鏡の試料台に設置する工程２と、工程２で原子間力顕微鏡の試料台に設置した基板上に固定されたナノ粒子の表面粗さをプローブを用いて測定する工程３とを含む。

このような本実施形態に係るナノ粒子の表面粗さ測定方法によれば、表面にアミノ基を有する基板上にナノ粒子を固定するので、直接ナノ粒子の表面粗さを精度よく測定することができる。

ここで、本実施形態に係るナノ粒子の表面粗さ測定方法で用いる原子間力顕微鏡は、市販のものでよく、具体的には例えばVeeco社製のNanoscopeV等が挙げられる。

（工程１）
工程１では、表面にアミノ基を有する基板上にナノ粒子分散液を塗布して乾燥させることにより基板上にナノ粒子を固定する。

＜基板＞
本実施形態に係るナノ粒子の表面粗さ測定方法では、測定精度を向上させるようにナノ粒子を基板に固定する観点から、表面にアミノ基を有する基板を用いる。ここで、アミノ基を有する基板とは表面にアミノ基が露出した基板を意味する。

かかる表面にアミノ基を有する基板は、ベース基板をアミノ基を有する表面改質剤で表面処理することにより得ることができる。

ベース基板は、表面改質剤と化学的に結合する官能基を表面に有する基板であることが好ましく、例えば、アミノシランと反応をするＯＨ基を表面に持つ基板やアミノアルカンチオールと反応する基を表面に持つ基板等である。具体的には、アミノシランと反応をするＯＨ基を表面に持つ基板としては、例えば、マイカ基板、シリコン基板、ガラス基板、石英基板等が挙げられる。アミノアルカンチオールと反応する基を表面に持つ基板としては、例えば、金基板、銀基板、銅基板、白金基板等が挙げられる。

ベース基板は、測定時間を短くするためにナノ粒子を密に固定することができるという観点から、平滑な表面を持つことが好ましい。ベース基板の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．５ｎｍ以下であることが好ましく、０．２ｎｍ以下であることがさらに好ましい。

ベース基板は、大きさが原子間力顕微鏡の試料台に載る大きさである必要があり、例えば０．５〜１．０ｃｍ角であることが好ましい。

アミノ基を有する表面改質剤は、均一な表面改質処理により測定精度を向上させる観点から、ベース基板表面に自己組織化膜を形成するものであることが好ましい。かかる表面改質剤としては、例えば、アミノシランやアミノアルカンチオール等が挙げられる。アミノシランは、容易に入手できるという観点から、炭素数６〜１５のものが好ましく、炭素数６〜９のものがさらに好ましい。アミノシランとしては、具体的には、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３―アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。また、同様の観点から、アミノアルカンチオールは、炭素数６〜１６のものが好ましく、炭素数１０〜１６のものがさらに好ましい。アミノアルカンチオールとしては、具体的には、１１−アミノ−１−ウンデカンチオール等が挙げられる。

表面改質剤は、アミノ基の級数が特に限定されるものではないが、容易に入手できるという観点から１級であることが好ましい。

ベース基板を表面改質剤で表面処理する方法は公知の方法を用いることができる。代表的な方法としては、例えば、気相反応法、液相反応法等が挙げられるが、均一に表面処理することが可能であり、簡便であるという観点から液相反応法が望ましい。

液相反応法は、清浄なベース基板表面と表面改質剤溶液とを一定時間接触させた後、洗浄、乾燥させる方法である。

ここで、液相反応法において、清浄なベース基板表面を得る方法としては、マイカ基板等の劈開性を持つ材質のベース基板の場合、劈開面をそのまま使用する方法が挙げられる。それ以外のベース基板、例えば、シリコン基板、ガラス基板、石英基板等のアミノシランと反応をするＯＨ基を表面に持つ基板、及び金基板、銀基板、銅基板、白金基板等のアミノアルカンチオールと反応する基を表面に持つ基板の場合、ベース基板表面に、酸、アルカリ、溶剤洗浄に代表されるウェット洗浄、ＵＶオゾン照射、プラズマ照射に代表されるドライ洗浄、或いは、それらの組み合わせによる洗浄を施す方法が挙げられる。

ベース基板表面と表面改質剤溶液とを接触させる方法としては、例えば、表面改質剤がアミノシランの場合、水、メタノール、エタノール、無水トルエン等を溶媒として濃度１質量％程度に調製したアミノシラン溶液中に、常温、常圧下で５〜６０分程度、ベース基板を浸漬静置する方法が挙げられる。また、表面改質剤がアミノアルカンチオールの場合、純度１００％のエタノールにアミノアルカンチオールを溶解させて、塩化アンモニウムやトリエチルアミンを加えてｐＨを１２前後に調製した濃度１〜１０ｍＭのアミノアルカンチオール溶液中に、常温、常圧下で２４時間以上、ベース基板を浸漬静置する方法が挙げられる。

基板の洗浄方法は、特に限定されるものではなく、未反応の表面改質剤が効率よく除去できればよい。基板の洗浄方法としては、例えば、ベース基板表面と表面改質剤溶液とを接触させた後、基板表面に、表面改質剤溶液の溶媒、或いは、水（不純物を基板に付着させない観点から超純水が好ましい）を３０秒以上流す方法が挙げられる。

基板の乾燥方法は、特に限定されるものではなく、溶媒が十分に除去できればよい。基板の乾燥方法としては、例えば、常温、常圧下で１〜２４時間、好ましくは３〜１０時間静置する方法が挙げられる。

＜ナノ粒子＞
測定対象であるナノ粒子は、高い測定精度を得ることができるという観点から、その平均粒径が１０ｎｍ以上であることが好ましく、２０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。また、高い測定精度を得ることができると共に測定時間を短くすることができるという観点から、平均粒径が２００ｎｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。これらの観点を総合すると、ナノ粒子の平均粒径は１０〜２００ｎｍであることが好ましく、２０〜１００ｎｍであることがさらに好ましい。ナノ粒子の平均粒径は、動的光散乱測定法により測定することができる。また、ナノ粒子は、基板に密に固定することにより測定時間を短くすることができるという観点から、粒径分布が狭いことが好ましい。

ナノ粒子は、基板に強固に固定することにより高い測定精度を得ることができるという観点から、粒子表面がアミノ基と静電相互作用すること、すなわち、マイナス電荷を持つことが好ましい。ナノ粒子は、等電点が低いことが好ましく、１０以下であることが好ましく、７以下であることがより好ましく、３以下であることがさらに好ましい。かかるナノ粒子としては、具体的には、例えば、シリカ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄、酸化銅等が挙げられる。これらのうちシリカナノ粒子が基板に強固に固定する。

ナノ粒子は、その形状が特に制限されるものではないが、基板に密に固定することにより高い測定精度を得ることができると共に測定時間を短くすることができるという観点から球形であることが好ましい。

＜基板へのナノ粒子の固定＞
基板へのナノ粒子の固定は、表面にアミノ基を有する基板にナノ粒子を強固に密着させることを意味し、これにより、工程３の原子間力顕微鏡を用いた表面粗さの測定時にナノ粒子がプローブとの接触により動かないようにすることができる。

固定化方法は、基板上にナノ粒子分散液を滴下した後に洗浄及び乾燥させる方法であってもよいが、基板にナノ粒子を密に且つ均一に固定することにより測定精度を向上させると共に測定時間を短縮化するという観点から、ナノ粒子分散液を基板上に滴下してスピンコートした後に乾燥させる方法が好ましい。

ここで、当該方法において、ナノ粒子分散液としては、例えば、水、メタノール、エタノール、無水トルエン等を分散媒としてナノ粒子が分散した分散液が挙げられる。ナノ粒子分散液は、ナノ粒子の含有量が０．１〜５０質量％であることが好ましく、１〜４０質量％であることがより好ましく、５〜３５質量％であることがさらに好ましい。ナノ粒子分散液は、粘度が、２５℃において０．９〜２５ｍＰａ・ｓであることが好ましく、１〜５ｍＰａ・ｓであることがより好ましく、１〜３ｍＰａ・ｓであることがさらに好ましい。なお、ナノ粒子分散液には、ナノ粒子の他に例えばナノ粒子を分散させるための分散剤等を含めてもよいが、分散剤等の影響を低減させる観点から、ナノ粒子のみからなる分散液が好ましい。

基板へのナノ粒子分散液の滴下量は、０．５〜１．０ｃｍ角の基板に対して１００μｌ程度が適当である。

スピンコートには、一般的に溶液等を固体表面に薄く塗布する際に用いられるスピンコーターを使用することができる。スピンコート条件については、ナノ粒子分散液の粘度にも依存するが、基板に固定されるナノ粒子の高さを揃え且つ数密度を大きくするという観点から、回転数は１０００〜３０００ｒｐｍとすることが好ましく、特に２０００ｒｐｍとすることが好ましい。また、回転時間は５〜３０秒とすることが好ましく、特に２０秒とすることが好ましい。

乾燥方法は、特に限定されるものではなく、分散媒が十分に除去できればよい。乾燥方法としては、例えば、常温、常圧下で１〜２４時間、好ましくは３〜１０時間静置する方法が挙げられる。

（工程２）
工程２では、工程１でナノ粒子を固定した基板を原子間力顕微鏡の試料台に設置する。具体的には、一般に基板表面の形状像を測定するのと同様に、基板を原子間力顕微鏡の試料台上に載せればよい。なお、一般的に試料台は永久磁石で形成されている場合が多いので、その場合には、強磁性体であるスチール板等に測定する基板を固定することが好ましい。基板のスチール板への固定には、十分な固定力を得られればよいので、接着剤、修正液、カーボンテープ等を使用すればよい。

（工程３）
工程３では、工程２で原子間力顕微鏡の試料台に設置した基板上のナノ粒子の表面粗さをプローブを用いて測定する。

原子間力顕微鏡による代表的な測定モードとしては、コンタクトモード、タッピングモード（ダイナミックフォースモード）、ノンコンタクトモード等が挙げられる。本実施形態に係るナノ粒子の表面粗さ測定方法では、プローブがナノ粒子に接触する必要があり、また、プローブ及びナノ粒子のダメージが極力小さいことが好ましいという観点からタッピングモードが適している。

プローブは、ナノ粒子の平均粒径及び表面凹凸の大きさにも依存するが、粒子表面の微細な凹凸を精度よく検出することができるという観点から、先端曲率半径が１０ｎｍ程度であってもよいが、５ｎｍ以下であることが好ましく、２ｎｍ以下であることがより好ましく、１ｎｍ以下であることがさらに好ましい。

先端曲率半径が１ｎｍのプローブは、Mikromasch社から炭素製のもの及びタングステン製のものが入手できる。先端曲率半径２ｎｍのプローブは、Nanoworld社からシリコン製のものが入手できる。先端曲率半径５ｎｍのプローブは、Veeco社から炭素製のもの、及びエスアイアイ・ナノテクノロジー社からシリコン製のものが入手できる。

バネ定数については、Mikromasch社から０．１５、０．６０、３．５、５、及び４０Ｎ／ｍのものを入手できる。Nanoworld社から４２Ｎ／ｍのものを入手できる。Veeco社から５Ｎ／ｍのものを入手できる。エスアイアイ・ナノテクノロジー社から１５、及び４２Ｎ／ｍのものを入手できる。安定して形状像を測定でき且つプローブ及びナノ粒子の損傷を防止する観点からは、バネ定数は０．６Ｎ／ｍであることが最も好ましい。

表面粗さは、原子間力顕微鏡の形状像から算出できる代表的なパラメータであり、算術平均粗さ（Ｒａ）、二乗平均平方根粗さ（Ｒｍｓ）、及び最大高さ粗さ（Ｒｚ）が挙げられる。

以下、シリカナノ粒子の表面粗さ測定の実施例について説明する。

（シリカナノ粒子分散液）
各々、固形分濃度が３０質量％であるシリカナノ粒子を含むシリカナノ粒子分散液１（ｐＨ＝９．３）、シリカナノ粒子分散液２（ｐＨ＝９．１）、及びシリカナノ粒子分散液３（ｐＨ＝１０．２）（いずれも日揮触媒化成株式会社製）を準備した。そして、シリカナノ粒子分散液１〜３のそれぞれについて、以下の方法により比表面積及び平均粒径を測定した。その結果を表１に示す。また、シリカナノ粒子分散液１〜３にそれぞれ含まれるシリカナノ粒子１〜３を図１〜３に示す。

シリカナノ粒子１〜３は、同じ平均粒子径を持ち、透過型電子顕微鏡写真による形状像、及び比表面積値の比較から、異なった表面粗さを持つことがわかる。

＜比表面積＞
２００ｍＬビーカーにシリカナノ粒子分散液を５ｇ入れ、それをイオン交換水１００ｍＬで希釈した。

次いで、これに０．１ｍｏｌ／Ｌの塩酸水溶液（和光純薬製の塩酸（試薬特級）より調製）を加えてｐＨを３．０に調整した。

次いで、これに塩化ナトリウム（日本薬局方）３０．０ｇを加えてスターラーで攪拌することにより溶解させた後、さらにビーカーの１５０ｍＬの標線までイオン交換水を加えてスターラーで混合攪拌することによりサンプル水溶液を調整した。

続いて、電位差滴定装置（京都電子工業社製型番：AT-310J）を用いて、サンプル水溶液を、０．１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液（和光純薬製の水酸化ナトリウム（試薬特級）より調製）にてｐＨ滴定を行い、ｐＨが４．０から９．０に変化するまでに必要な水酸化ナトリウム水溶液の消費量（Ａ）を読み取った。同様にサンプル水溶液を入れない空試験を行い、ｐＨが４．０から９．０に変化するまでに必要な水酸化ナトリウム水溶液の消費量（Ｂ）を読み取った。

そして、下記式に基づいて比表面積を算出した。

比表面積＝２６．５×（Ａ−Ｂ）÷５（ｇ）
ここで、Ａはサンプル水溶液の滴定に要した水酸化ナトリウム水溶液の消費量である。Ｂは空試験の滴定に要した水酸化ナトリウム水溶液の消費量である。２６．５は滴定により得られた水酸化ナトリウム水溶液の消費量を窒素吸着法（ＢＥＴ法）で得られる値に換算するときの係数である。

＜平均粒径＞
シリカナノ粒子分散液にイオン交換水を加えて１質量％に希釈した。

次いで、それをPolystyrene製のセルに入れ、動的光散乱測定装置にて下記測定条件で粒径測定を行い、３回の測定値の平均値を平均粒径とした。
装置名：Zetasizer Nano ZS（Malvern社製）
測定モード：散乱強度分布モード
粒子：シリカ（Refractive index：1.45、Absorption：0.01）
分散媒：水（Viscosity：0.8872cp、Refractiove index：1.330）
解析方法：Cumulant法

表１に示す通り、比表面積は、シリカナノ粒子１が１００ｍ^２／ｇ、シリカナノ粒子２が１９１ｍ^２／ｇ、及びシリカナノ粒子３が９２ｍ^２／ｇであった。平均粒径は、シリカナノ粒子１が３３ｎｍ、シリカナノ粒子２が３８ｎｍ、及びシリカナノ粒子３が３３ｎｍであった。

（シリカナノ粒子の表面粗さ測定）
（実施例１）
−表面にアミノ基を有する基板の作成−
３０ｍＬビーカーに超純水を溶媒に用いた３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ACROS ORGANICS社製）の１ｖｏｌ％水溶液１０ｍＬを調製した。

次いで、その水溶液中に１ｃｍ角の大きさの劈開直後のマイカ基板を２５℃、大気圧下で５分間浸漬静置させた。

そして、水溶液からマイカ基板を取り出し、超純水で３０秒間流水洗浄した後、２５℃、大気圧下で５時間静置して乾燥させ、表面にアミノ基を有する基板として、３−アミノプロピルトリエトキシシランで表面処理されたマイカ基板を作成した。

−基板へのナノ粒子の固定−
シリカナノ粒子分散液１〜３のそれぞれを表面処理されたマイカ基板に滴下し、スピンコーター（エイブル社製型番：ASS-303L）を用いて、回転数２０００ｒｐｍ及び回転時間２０秒のスピンコート条件で基板を回転させた後、２５℃、大気圧下で５時間静置して乾燥させることにより、表面処理されたマイカ基板にシリカナノ粒子を固定した。

−表面粗さ測定−
シリカナノ粒子が固定されたマイカ基板を、スチール板（Veeco社製、品番：SD-102）上に、ペン修正液（ぺんてる株式会社製）を接着剤として接着固定した。

その３時間後、マイカ基板を接着固定したスチール板を原子間力顕微鏡（Veeco社製、型番：Multimode、NanoscopeVシステム）の試料台に載せてセットし、プローブを用いてマイカ基板に固定されたシリカナノ粒子の形状像を測定した。測定条件は、表２に示す通り、測定モード：タッピングモード、スキャナ：Ｅスキャナ、プローブ：Mikromasch社製のHi'res-C、プローブ先端曲率半径：１ｎｍ、プローブバネ定数：０．６Ｎ／ｍ、走査領域：２００ｎｍ×２００ｎｍ、走査速度：１．５Ｈｚ、走査角度９０°、測定点数：Ｘ方向５１２、Ｙ方向５１２、Target Amplitude：１６０ｍＶ、Ｚ limit：５００ｎｍ、並びに測定環境：室温（２５℃）及び大気圧下とした。

シリカナノ粒子１〜３のそれぞれについて、水平方向の傾き補正を行った形状像より１５ｎｍ×１５ｎｍの範囲の算術平均粗さ（Ｒａ）を求め、Ｎ＝８０個のシリカナノ粒子の平均値を算出した。なお、シリカナノ粒子１〜３のいずれも８０個のシリカナノ粒子の算術平均粗さ（Ｒａ）を得るために形状像が８枚必要であった。

そして、シリカナノ粒子１〜３の算術平均粗さ（Ｒａ）間に有意差が認められるかどうかについて、ＪＩＳＺ８１０１−１に基づくスチューデントのＴ検定で有意水準を１％として評価を行った。Ｔ検定評価は、シリカナノ粒子１〜３の３種間のいずれも有意差ありのものをＡ、シリカナノ粒子１〜３のいずれかの２種間で有意差ありとは言えないものをＢ、及びシリカナノ粒子１〜３のいずれかの間も有意差ありとは言えないものをＣとして行った。

その結果を表３に示す。

表３に示す通り、シリカナノ粒子１は、算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値が０．２６ｎｍ及び標準偏差が０．０９ｎｍであった。シリカナノ粒子２は、算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値が０．４３ｎｍ及び標準偏差が０．１０ｎｍであった。シリカナノ粒子３は、算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値が０．２１ｎｍ及び標準偏差が０．０６ｎｍであった。Ｔ検定評価はＡであった。

従って、有意水準１％のＴ検定評価の結果より、シリカナノ粒子１〜３間で算術平均粗さ（Ｒａ）について有意な差が認められた。つまり、シリカナノ粒子の表面形状を数値によって区別することができた。

（実施例２）
シリカナノ粒子固定基板として、３−アミノプロピルトリエトキシシランで表面処理されたマイカ基板にシリカナノ粒子分散液を滴下してスピンコートを行わずに１０分間静置し、超純水で３０秒間流水洗浄した後、２５℃、大気圧下で５時間静置して乾燥させたものを用いたこと、及びシリカナノ粒子の算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値をＮ＝５０個の平均値として算出したことを除いて、実施例１と同様の操作を行った。なお、シリカナノ粒子１〜３のいずれも５０個のシリカナノ粒子の算術平均粗さ（Ｒａ）を得るために形状像が７枚必要であった。従って、８０個のシリカナノ粒子の算術平均粗さ（Ｒａ）を得るためには形状像が１１枚必要となる。

表３に示す通り、シリカナノ粒子１は、算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値が０．４０ｎｍ及び標準偏差が０．１３ｎｍであった。シリカナノ粒子２は、算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値が０．５０ｎｍ及び標準偏差が０．１６ｎｍであった。シリカナノ粒子３は、算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値が０．３８ｎｍ及び標準偏差が０．１０ｎｍであった。Ｔ検定評価はＢであった。

従って、有意水準１％のＴ検定評価の結果より２種のシリカナノ粒子間、具体的には、シリカナノ粒子１とシリカナノ粒子２との間、及びシリカナノ粒子２とシリカナノ粒子３との間では算術平均粗さ（Ｒａ）について有意な差が認められた。

（実施例３）
プローブとして、先端曲率半径が１０ｎｍ及びバネ定数が４２Ｎ／ｍであるVeeco社製のNCHVを用いたことを除いて、実施例１と同様の操作を行った。なお、シリカナノ粒子１〜３のいずれも８０個のシリカナノ粒子の算術平均粗さ（Ｒａ）を得るために形状像が８枚必要であった。

表３に示す通り、シリカナノ粒子１は、算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値が０．４１ｎｍ及び標準偏差が０．１３ｎｍであった。シリカナノ粒子２は、算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値が０．４８ｎｍ及び標準偏差が０．１２ｎｍであった。シリカナノ粒子３は、算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値が０．３９ｎｍ及び標準偏差が０．１０ｎｍであった。Ｔ検定評価はＢであった。

（比較例１）
基板として、３−アミノプロピルトリエトキシシランで表面処理されていない未処理マイカ基板を用いたことを除いて、実施例１と同様の操作を行った。なお、シリカナノ粒子１〜３のいずれも８０個のシリカナノ粒子の算術平均粗さ（Ｒａ）を得るために形状像が８枚必要であった。

表３に示す通り、シリカナノ粒子１は、算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値が０．２５ｎｍ及び標準偏差が０．０８ｎｍであった。シリカナノ粒子２は、算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値が０．２７ｎｍ及び標準偏差が０．０８ｎｍであった。シリカナノ粒子３は、算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値が０．２６ｎｍ及び標準偏差が０．０６ｎｍであった。Ｔ検定評価はＣであった。

従って、有意水準１％のＴ検定評価の結果より、シリカナノ粒子１〜３のいずれの間にも算術平均粗さ（Ｒａ）について有意な差が認められなかった。

（比較例２）
シリカナノ粒子固定基板として、３−アミノプロピルトリエトキシシランで表面処理されていない未処理マイカ基板上に接着剤（コニシ株式会社製商品名：SU）を薄く延ばし、その上にシリカナノ粒子分散液を１００μｌ滴下した後、ブロー（ホーザン株式会社製型番：Z-263）により余分な液を飛ばし、２５℃、大気圧下で２４間静置して乾燥させたものを用いたことを除いて、実施例１と同様の操作を行ったが、形状像が不鮮明なため、シリカナノ粒子１〜３のいずれも算術平均粗さ（Ｒａ）を測定することができなかった。

本発明は、原子間力顕微鏡を用いてナノ粒子の表面粗さを測定する方法について有用である。

Claims

原子間力顕微鏡を用いてナノ粒子の表面粗さを測定する方法であって、
表面にアミノ基を有する基板上にナノ粒子分散液を塗布して乾燥させることにより該基板上にナノ粒子を固定する工程１と、
上記工程１でナノ粒子を固定した基板を原子間力顕微鏡の試料台に設置する工程２と、
上記工程２で原子間力顕微鏡の試料台に設置した基板上に固定されたナノ粒子の表面粗さをプローブを用いて測定する工程３と、
を含むナノ粒子の表面粗さ測定方法。
上記工程１において、表面にアミノ基を有する基板として、ベース基板をアミノ基を有する表面改質剤で表面処理したものを用いる請求項１に記載されたナノ粒子の表面粗さ測定方法。
上記工程１において、基板上へのナノ粒子分散液の塗布をスピンコート法により行う請求項１又は２に記載されたナノ粒子の表面粗さ測定方法。
上記工程３において、先端曲率半径が５ｎｍ以下であるプローブを用いる請求項１乃至３のいずれかに記載されたナノ粒子の表面粗さ測定方法。
測定対象のナノ粒子が粒子表面にマイナス電荷を有する請求項１乃至４のいずれかに記載されたナノ粒子の表面粗さ測定方法。