JP6330212B2 - Heating method of micro sample - Google Patents

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Description

本発明は、微小試料の精密測定ための加熱方法に関するものである。 The present invention relates to heating of how to precisely measure the micro-sample.

本発明は、微小液体など数10μl程度の試料を含む試料部を±0.05℃以下の安定性をもって加熱、保温し、共振ずり測定などの精密測定を行うための加熱方法及びその加熱ユニットに関するものである。   The present invention relates to a heating method and a heating unit for heating and keeping a sample portion containing a sample of about several tens of μl such as a micro liquid with stability of ± 0.05 ° C. or less and performing precision measurement such as resonance shear measurement. Is.

本願発明者は、精密ずり測定方法及びその装置(下記特許文献1,2参照)について提案している。   The inventor of the present application has proposed a precision shear measurement method and apparatus (see Patent Documents 1 and 2 below).

現在、表面力測定ならびに共振ずり測定などの様に、数10μlの微小な試料に対する計測方法がナノサイエンスの進展とともに重要になってきている。そこで、微小な試料部のみを精度・安定性よく加熱できる加熱ユニットが望まれている。   At present, measurement methods for small samples of several tens of μl, such as surface force measurement and resonance shear measurement, have become important as nanoscience progresses. Therefore, a heating unit that can heat only a minute sample portion with high accuracy and stability is desired.

例えば、共振ずり測定ユニットは、2つの基板の間に挟んだ液体の粘性や潤滑性を、基板間の距離をナノメートルで制御しながら測定でき、ナノレオロジーやナノトライボロジーに重要な測定である。ここで潤滑油の研究を例にとると、実際の自動車のエンジンの中での潤滑油の温度は100℃に近い場合もあり、室温のみでなく高温での測定も望まれている。   For example, the resonance shear measurement unit can measure the viscosity and lubricity of a liquid sandwiched between two substrates while controlling the distance between the substrates with nanometers, and is an important measurement for nanorheology and nanotribology. Taking a study of lubricating oil as an example, the temperature of lubricating oil in an actual automobile engine may be close to 100 ° C., and measurement at a high temperature as well as at room temperature is desired.

特許第3032152号公報Japanese Patent No. 3032152 特許第4615568号公報Japanese Patent No. 4615568

液晶,6 (1) ,p.p34−41 (2002)Liquid crystal, 6 (1), p. p34-41 (2002) J.Chem.Soc.,Faraday Trans. 1,1986,82,p.p2715−2746J. et al. Chem. Soc. Faraday Trans. 1, 1986, 82, p. p2715-2746 S.H.J.Idziak,I.Koltover,J.N.Israelachvili,and C.R.Safinya,Phys,Rev.Lett.76,1477(1996)S. H. J. et al. Idziak, I.I. Koltover, J. et al. N. Israelachvili, and C.I. R. Safinya, Phys, Rev. Lett. 76, 1477 (1996) E.Perret,K.Nygard,D.K.Satapathy,T.E.Balmer,O.Bunk,M.Heuberger and J.F.van der Veen,Europhys.Lett.,88,36004,(2009)E. Perret, K.M. Nygard, D .; K. Satapathy, T .; E. Balmer, O.M. Bunk, M.M. Heuberger and J.H. F. van der Veen, Europhys. Lett. , 88, 36004, (2009) D.Fukushi,M.Kasuya,H.Sakuma,K.Kurihara,Chem.Lett.40,776(2011)D. Fukushi, M .; Kasuya, H .; Sakuma, K .; Kurihara, Chem. Lett. 40,776 (2011) Y.Saito,M.Kasuya,K.Kurihara,Chem.Lett.41,1282(2012)Y. Saito, M .; Kasuya, K .; Kurihara, Chem. Lett. 41, 1282 (2012)

従来技術であるラバーヒーターやその他の通常のヒーターを装置に組み込む〔上記非特許文献1参照〕と、温度を変化させるために広範に加熱され、距離のドリフトなどが起きる。また室温を変えて平衡にする測定もなされているが、温度範囲が狭い〔上記非特許文献2参照〕。そこで、温度依存性測定には、試料部だけを局所的に加熱できるコンパクトで、測定部の形に対応しながら加熱できるシステムが必要となる。   When a conventional rubber heater or other normal heater is incorporated into the apparatus (see Non-Patent Document 1 above), it is heated extensively in order to change the temperature, and a drift in distance occurs. Moreover, although the measurement which makes room temperature change and equilibrate is also made, the temperature range is narrow [refer the said nonpatent literature 2]. Therefore, a temperature dependent measurement requires a compact system that can locally heat only the sample part and that can be heated while corresponding to the shape of the measurement part.

本発明は、任意の形状の基板間に挟まれた微小液体を効率的に高精度に加熱できる微小試料の加熱方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the heating method of the micro sample which can heat the micro liquid pinched | interposed between the board | substrates of arbitrary shapes efficiently and with high precision.

上述した従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の微小試料の加熱方法は、液体試料を挟む2つの基板からなる試料部と、前記試料部を囲むように配置された加熱ユニットとを有する。 In order to solve the above-described problems of the prior art and achieve the above-described object, a heating method for a micro sample according to the present invention includes a sample unit composed of two substrates sandwiching a liquid sample, and surrounds the sample unit. And a heating unit arranged.

本発明は、上記状況に鑑みて、任意の形状の基板間に挟まれた微小試料を効率的に高精度に加熱することができる微小試料の加熱方法を提供することを目的とすることができる。 The present invention is, in view of the above circumstances, it is an object to provide a heating how the micro sample capable of heating the micro sample sandwiched between the substrates of any shape to efficiently accurate it can.

本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕二つの基板に挟まれた微小試料を囲む対向する二つ以上の加熱系を用い、加熱には略円弧状の赤外線ヒーターを用い、この赤外線ヒーターから出る熱線を前記微小試料の反対側にある半月状のミラーで集光し、試料部を加熱する微小試料の加熱方法において、前記赤外線ヒーター並びに基板に挟まれた微小試料は容器中に入れられて断熱し、また、前記容器は微小試料の交換や試料部の駆動のために二つ以上に分割することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] Two or more opposing heating systems surrounding a micro sample sandwiched between two substrates are used, a substantially arc-shaped infrared heater is used for heating, and the heat rays emitted from the infrared heater are placed on the opposite side of the micro sample. In the method of heating a micro sample that is condensed by a half-moon shaped mirror and heats the sample portion, the micro sample sandwiched between the infrared heater and the substrate is placed in a container to insulate, and the container is micro It is characterized by being divided into two or more for exchanging the sample and driving the sample part.

〔2〕上記〔1〕記載の微小試料の加熱方法において、前記微小試料が液体又は固体であることを特徴とする。   [2] The method for heating a micro sample according to [1], wherein the micro sample is liquid or solid.

〔3〕上記〔1〕記載の微小試料の加熱方法において、前記試料部の温度の制御は、加熱部ならびに試料部の温度を観測し、希望設定温度を決め、加熱部の温度をフィードバック回路により前記赤外線ヒーターにかける電流量を制御して0.1度以内で望ましい温度に一定に保つことを特徴とする。   [3] In the heating method of the micro sample according to [1], the temperature of the sample part is controlled by observing the temperature of the heating part and the sample part, determining a desired set temperature, and controlling the temperature of the heating part by a feedback circuit. The amount of current applied to the infrared heater is controlled to be kept constant at a desired temperature within 0.1 degree.

〔4〕上記〔1〕記載の微小試料の加熱方法において、前記加熱系は、前記基板の垂直な方向に観察光を入射するため箱型の容器を含み、また前記基板はこの基板にかかる垂直力を測定するためのバネを介して上下に動かす外部の駆動系につながれていることを特徴とする。   [4] In the heating method of the micro sample according to [1], the heating system includes a box-shaped container for entering observation light in a direction perpendicular to the substrate, and the substrate is perpendicular to the substrate. It is connected to an external drive system that moves up and down via a spring for measuring force.

本発明によれば、任意の形状の基板間に挟まれた微小試料を効率的に高精度に加熱することができる。   According to the present invention, it is possible to efficiently heat a minute sample sandwiched between substrates having an arbitrary shape with high accuracy.

本発明の実施例を示す加熱ユニット付き共振ずり測定ユニットの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the resonance shear measurement unit with a heating unit which shows the Example of this invention. 図1に示す上部基板および下部基板付近に位置する加熱ユニットの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a heating unit located in the vicinity of an upper substrate and a lower substrate shown in FIG. 1. 本発明の加熱ユニットの動作例の説明図である。It is explanatory drawing of the operation example of the heating unit of this invention. 本発明の加熱ユニットとして用いられるヒーター線の説明図である。It is explanatory drawing of the heater wire | line used as a heating unit of this invention. 本発明に係る加熱ユニットの側面方向の構成図である。It is a block diagram of the side direction of the heating unit which concerns on this invention. 本発明の実施例の加熱ユニットを用いる一定温度制御のスキーム図である。It is a schematic diagram of constant temperature control using the heating unit of the Example of this invention. 本発明に係る加熱ユニットに基板をセットして加熱した際の、ヒーターと基板の温度の測定結果(その1)を示す図である。It is a figure which shows the measurement result (the 1) of the temperature of a heater and a board | substrate when a board | substrate is set to the heating unit which concerns on this invention, and it heats. 本発明に係る加熱ユニットに基板をセットして加熱した際の、ヒーターと基板の温度の測定結果(その2)を示す図であり、図7(b)の部分の拡大図である。It is a figure which shows the measurement result (the 2) of the temperature of a heater and a board | substrate at the time of setting and heating a board | substrate to the heating unit which concerns on this invention, and is an enlarged view of the part of FIG.7 (b). 本発明に係る加熱ユニットに基板をセットして加熱した際の、ヒーターと基板の温度の測定結果(その3)を示す図であり、図7(c)の部分の拡大図である。It is a figure which shows the measurement result (the 3) of the temperature of a heater and a board | substrate at the time of setting and heating a board | substrate to the heating unit which concerns on this invention, and is an enlarged view of the part of FIG.7 (c). 本発明の加熱ユニットによる距離のドリフトを示す図である。It is a figure which shows the drift of the distance by the heating unit of this invention. 本発明の他の実施例を示す加熱ユニット付きX線回折装置の構成図である。It is a block diagram of the X-ray-diffraction apparatus with a heating unit which shows the other Example of this invention. 図11のX線回折装置の拡大図である。It is an enlarged view of the X-ray-diffraction apparatus of FIG. 本発明の更なる他の実施例を示す加熱ユニット付き表面力・蛍光複合測定装置の模式図である。It is a schematic diagram of a surface force / fluorescence combined measuring apparatus with a heating unit showing still another embodiment of the present invention.

本発明の微小試料の加熱方法は、二つの固定基板に挟まれた微小試料を囲む対向する二つ以上の加熱ユニットを用い、加熱には略円弧状の赤外線ヒーターを用い、この赤外線ヒーターから出る熱線を前記微小試料の反対側にある半月状のミラーで集光し、試料部を加熱する。   The method for heating a micro sample of the present invention uses two or more opposing heating units surrounding a micro sample sandwiched between two fixed substrates, uses a substantially arc-shaped infrared heater for heating, and exits from this infrared heater. A heat ray is condensed by a half moon-like mirror on the opposite side of the minute sample, and the sample portion is heated.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

まず、表面力測定・共振ずり測定による微小液体の加熱の必要性と従来技術について説明しておく。   First, the necessity of heating a micro liquid by surface force measurement / resonance shear measurement and the prior art will be described.

表面力測定とは、2表面間に働く相互作用力を距離の関数として求める測定である。表面力測定装置(SFA)を用いると、距離分解能0.1nm、力分解能10nNで測定できる。   The surface force measurement is a measurement for obtaining an interaction force acting between two surfaces as a function of distance. When a surface force measuring device (SFA) is used, it can be measured with a distance resolution of 0.1 nm and a force resolution of 10 nN.

共振ずり測定とは、2表面間の液体の特性(粘度、弾性、構造化、潤滑性など)の変化を距離をナノメートルレベルで変えて評価する測定である。ナノ空間に閉じ込められた液体の特性変化が評価できる。   The resonance shear measurement is a measurement in which a change in liquid properties (viscosity, elasticity, structuring, lubricity, etc.) between two surfaces is evaluated by changing the distance at the nanometer level. The change in properties of liquid confined in nanospace can be evaluated.

これらの測定を温度を変えて行い、相互作用ならびに液体の特性等の温度依存性を得ることは、基礎物性、材料の機能評価からも重要である。また、潤滑油などの評価では、使用条件下での測定が必要となる。例えば、液晶や界面活性剤溶液の相変化、自動車エンジンの潤滑油の典型的な動作温度(〜90℃)、ハードディスクドライブ(通常45〜60℃で動作)であり、高温まで測定できる装置が必要となる。   It is important from the evaluation of basic physical properties and material functions to obtain temperature dependence such as interaction and liquid characteristics by performing these measurements at different temperatures. Further, in the evaluation of lubricating oil and the like, measurement under use conditions is necessary. For example, a phase change of liquid crystal or surfactant solution, typical operating temperature of automobile engine lubricant (~ 90 ° C), hard disk drive (usually operating at 45-60 ° C), and equipment that can measure up to high temperature is required It becomes.

しかしながら、従来は40℃程度までしか行われておらず、大きく温度変化させることは困難であった。それも、室温を変えて温度変化させるかあるいはラバーヒーターを用いていたが、前者では変化の範囲が限定され、後者では加熱部分が大きく距離のドリフトなどの不都合が生じていた。   However, the conventional method has been performed only up to about 40 ° C., and it has been difficult to greatly change the temperature. Also, the temperature is changed by changing the room temperature or a rubber heater is used. However, the range of change is limited in the former, and the latter has a problem in that the heated portion is large and the distance drifts.

本発明では、課題1として周囲への伝熱による熱膨張、距離の揺らぎをなくすようにする。   In the present invention, as problem 1, thermal expansion due to heat transfer to the surroundings and distance fluctuation are eliminated.

その解決策として、なるべく小さい熱量での加熱とする。試料の温度を計測し、ヒーター温度との検量線データを作成し、ヒーター温度の制御により試料温度を最少量の熱で加熱制御するクローズドループ制御システムを確立した。   As a solution to this, heating is performed with as little heat as possible. The temperature of the sample was measured, calibration curve data with the heater temperature was created, and a closed-loop control system was established to control the sample temperature with the minimum amount of heat by controlling the heater temperature.

本発明では、課題2として赤外線集光加熱による試料部の局所加熱に関して、細管赤外線ランプの開発とミラーの使用により集光の最適化、伝熱量の低減を図るようにした。   In the present invention, as a second problem, with regard to local heating of the sample portion by infrared condensing heating, optimization of condensing and reduction of heat transfer are attempted by developing a thin tube infrared lamp and using a mirror.

図1は本発明に係る加熱ユニット付き共振ずり測定ユニットの一例を示す模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a resonance shear measuring unit with a heating unit according to the present invention.

この図において、3はヒーター(光源)、10は共振ずり測定ユニット、11は垂直力測定用カンチレバー、12,13はディスクホルダ、14は下部ディスクホルダ12上に固定される下部ディスク基板、15は上部表面を水平方向に駆動する水平駆動部としての4分割ピエゾ素子、16はその4分割ピエゾ素子15の底部のディスクホルダ13に固定される上部ディスク基板、17は4分割ピエゾ素子15を支持する板バネ、18はその4分割ピエゾ素子15を駆動する電圧を付加する電気ケーブル、19はせん断応答の測定対象となる微小試料(固体、液体、液晶など)、20は静電容量計、21は加熱部の温度(Th)をモニターする加熱部用熱電対、22は試料部の温度(Ts)をモニターする試料部用熱電対、23は加熱部用熱電対21につながる電気ケーブル、24は試料部用熱電対22につながる電気ケーブルである。ここで、ヒーター(光源)3による赤外線集光により試料部のみを加熱するようにしている。このように、精密温度制御SFAを構成している。なお、ここで、液体は、単成分だけでなく、2成分以上のミセルやコロイド分散系を含む様々な溶液であってもよい。なお、上記した水平駆動部としてはモーターを用いるようにしてもよい。また、基板そのものを試料とし、図1に示すように基板間に試料を挟むことなく、試料(下部ディスク基板)14と試料(上部ディスク基板)16との互いの摩擦(潤滑)特性を測定することもできる。   In this figure, 3 is a heater (light source), 10 is a resonance shear measurement unit, 11 is a vertical force measurement cantilever, 12 and 13 are disk holders, 14 is a lower disk substrate fixed on the lower disk holder 12, and 15 is A four-divided piezo element as a horizontal drive unit for driving the upper surface in the horizontal direction, 16 is an upper disk substrate fixed to the disk holder 13 at the bottom of the four-divided piezo element 15, and 17 supports the four-divided piezo element 15. A leaf spring, 18 is an electric cable for applying a voltage for driving the four-divided piezo element 15, 19 is a micro sample (solid, liquid, liquid crystal, etc.) to be measured for shear response, 20 is a capacitance meter, and 21 is a capacitance meter. A heating part thermocouple for monitoring the temperature (Th) of the heating part, 22 is a sample part thermocouple for monitoring the temperature (Ts) of the sample part, and 23 is heating part heat. Electrical cable leading to the pair 21, 24 is an electric cable that runs to the sample unit thermocouple 22. Here, only the sample part is heated by the infrared condensing by the heater (light source) 3. Thus, the precision temperature control SFA is configured. Here, the liquid may be not only a single component but also various solutions including two or more micelles and a colloidal dispersion system. In addition, you may make it use a motor as said horizontal drive part. Further, the substrate itself is used as a sample, and the mutual friction (lubrication) characteristics of the sample (lower disk substrate) 14 and the sample (upper disk substrate) 16 are measured without sandwiching the sample between the substrates as shown in FIG. You can also.

本発明の微小試料の加熱ユニットにおいて、微小試料19の一方の側に近接して位置し略半円弧状の筒状部を備えた第1の加熱ユニット71と、微小試料19の他方の側に近接して位置し略半円弧状の筒状部を備えた第2の加熱ユニット72とを有し、第1の加熱ユニット71と第2の加熱ユニット72とは、相互に出来るだけ近接させて位置する第1の姿勢(図2)と、上部表面保持体と下部表面保持体との間に微小試料19を保持する前に、微小試料19の交換が可能な距離を隔てて相互に位置する第2の姿勢(図3)とを選択可能である。   In the heating unit for the micro sample of the present invention, a first heating unit 71 provided in the vicinity of one side of the micro sample 19 and provided with a substantially semicircular cylindrical portion, and on the other side of the micro sample 19 And a second heating unit 72 provided with a substantially semicircular arc-shaped cylindrical portion, and the first heating unit 71 and the second heating unit 72 are made as close as possible to each other. Before the micro sample 19 is held between the first posture (FIG. 2) and the upper surface holding body and the lower surface holding body, the micro sample 19 is positioned at a distance that can be exchanged. The second posture (FIG. 3) can be selected.

試料部に入るような微小試料19であれば、他の形状も可能である。   Other shapes are possible as long as the sample 19 fits into the sample section.

本発明の加熱ユニットにおいては、前記第1の加熱ユニット71と第2の加熱ユニット72とは、各々の一端で接合しており、前記第1の加熱ユニット71および第2の加熱ユニット72の加熱部(ヒーター)は筒状部においてコイル状に巻かれ、それ以外の部分においてより線となっている少なくとも1本の電線が第1加熱ユニット71および第2加熱ユニット72の加熱ユニットの電線を構成している。   In the heating unit of the present invention, the first heating unit 71 and the second heating unit 72 are joined at one end thereof, and the heating of the first heating unit 71 and the second heating unit 72 is performed. The part (heater) is wound in a coil shape in the cylindrical part, and at least one electric wire that is a stranded wire in the other part constitutes the electric wire of the heating unit of the first heating unit 71 and the second heating unit 72 doing.

本発明の加熱ユニットの筒状部は、共振ずり測定装置のガラス管であり、第1の加熱ユニット71の筒状部と、第2の加熱ユニット72の筒状部との間に、前記電線を収容する可撓性の耐熱被覆部材が設けられている。   The cylindrical part of the heating unit of the present invention is a glass tube of a resonance shear measuring device, and the electric wire is interposed between the cylindrical part of the first heating unit 71 and the cylindrical part of the second heating unit 72. Is provided with a flexible heat-resistant covering member.

図6に示すように、加熱部の温度(Th)と試料部の温度(Ts)はそれぞれ熱電対によりモニターする。TsとThの関係をあらかじめ求め、求めるTsにThを最適化する。加熱部の温度Thを制御回路によりフィードバック制御することにより、試料部を加熱しその温度Tsを望む一定温度に維持する。   As shown in FIG. 6, the temperature (Th) of the heating part and the temperature (Ts) of the sample part are monitored by thermocouples. The relationship between Ts and Th is obtained in advance, and Th is optimized to the obtained Ts. The temperature Th of the heating part is feedback controlled by the control circuit to heat the sample part and maintain the temperature Ts at a desired constant temperature.

本発明の加熱ユニットによれば、任意の形状の基板間に挟まれた微小試料を効率的に高精度に加熱できる加熱ユニットを提供することができる。   According to the heating unit of the present invention, it is possible to provide a heating unit that can efficiently heat a minute sample sandwiched between substrates having an arbitrary shape with high accuracy.

以下、下部ディスク基板14と上部ディスク基板16との間に挟み込まれた微小試料19を加熱する加熱ユニット61について詳細に説明する。   Hereinafter, the heating unit 61 that heats the minute sample 19 sandwiched between the lower disk substrate 14 and the upper disk substrate 16 will be described in detail.

図2は、図1に示す上部ディスク基板および下部ディスク基板付近に位置する加熱ユニットを説明するための平面図である。図3は本発明の加熱ユニットの動作例の説明図、図4は本発明の加熱ユニットとして用いられるヒーター線の説明図である。図5は、加熱ユニットの側面方向の構成図である。   FIG. 2 is a plan view for explaining a heating unit located near the upper disk substrate and the lower disk substrate shown in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram of an operation example of the heating unit of the present invention, and FIG. 4 is an explanatory diagram of a heater wire used as the heating unit of the present invention. FIG. 5 is a configuration diagram of the heating unit in the side surface direction.

図1および図2に示すように、上部ディスク基板16および下部ディスク基板14付近に加熱ユニット61が配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, a heating unit 61 is disposed in the vicinity of the upper disk substrate 16 and the lower disk substrate 14.

加熱ユニット61は、図2に示すように、下部ディスク基板14と上部ディスク基板16との間に微小試料19を挟み込んだ状態で、第1の加熱ユニット71のプレート80と、第2の加熱ユニット72のプレート90とが接合した姿勢、すなわち微小試料19に略円弧状ガラス管53,93が最も近接した姿勢になっている。   As shown in FIG. 2, the heating unit 61 includes the plate 80 of the first heating unit 71 and the second heating unit in a state where the micro sample 19 is sandwiched between the lower disk substrate 14 and the upper disk substrate 16. 72 in which the plate 90 is joined, that is, the substantially arcuate glass tubes 53 and 93 are closest to the micro sample 19.

図2に示すように、第1の加熱ユニット71は、略円弧状ガラス管53と、その両端に位置する直線状のガラス管54,56とを有する。略円弧状ガラス管53と、直線状のガラス管54,56のガラス管53側の一部の下半分は、プレート80に形成された凹部に収容されている。 As shown in FIG. 2, the 1st heating unit 71 has the substantially circular arc-shaped glass tube 53 and the linear glass tubes 54 and 56 located in the both ends. A substantially circular arc-shaped glass tube 53, the lower half of the portion of the glass tube 53 side of the straight glass tube 54 is accommodated in a recess formed in the plate 80.

ガラス管54のガラス管53側と反対側の一端には、可撓性の円筒部材83の一端が取り付けられている。また、ガラス管56のガラス管53側と反対側の一端には、可撓性の円筒部材81の一端が取り付けられている。   One end of a flexible cylindrical member 83 is attached to one end of the glass tube 54 opposite to the glass tube 53 side. One end of a flexible cylindrical member 81 is attached to one end of the glass tube 56 opposite to the glass tube 53 side.

また、図2に示すように、第2の加熱ユニット72は、略円弧状ガラス管93と、その両端に位置する直線状のガラス管94,96とを有する。略円弧状ガラス管93と、ガラス管94,96のガラス管93側の一部の下半分は、プレート90に形成された凹部に収容されている。   As shown in FIG. 2, the second heating unit 72 includes a substantially arcuate glass tube 93 and linear glass tubes 94 and 96 located at both ends thereof. The substantially arcuate glass tube 93 and the lower half of the glass tubes 94, 96 on the glass tube 93 side are accommodated in a recess formed in the plate 90.

ガラス管94のガラス管93側と反対側の一端には、円筒部材83の他端が取り付けられている。また、ガラス管96のガラス管93側と反対側の一端には、可撓性の円筒部材91の一端が取り付けられている。   The other end of the cylindrical member 83 is attached to one end of the glass tube 94 opposite to the glass tube 93 side. One end of a flexible cylindrical member 91 is attached to one end of the glass tube 96 opposite to the glass tube 93 side.

円筒部材81、ガラス管56,53,54、円筒部材83、ガラス管94,93,96および円筒部材91には、図4に示す一本のヒーター線100が収容されている。   The cylindrical member 81, the glass tubes 56, 53, 54, the cylindrical member 83, the glass tubes 94, 93, 96, and the cylindrical member 91 accommodate one heater wire 100 shown in FIG.

図4に示すように、ヒーター線100は、例えば、より線101、接合部102、発熱線103、より線104、発熱線105、接合部106およびより線107で構成される。   As shown in FIG. 4, the heater wire 100 includes, for example, a stranded wire 101, a joint portion 102, a heating wire 103, a stranded wire 104, a heating wire 105, a joining portion 106, and a stranded wire 107.

より線101は、図2に示す円筒部材81内に収容され、接合部102によってガラス管56の内側の開口部付近に固定される。より線101は、耐熱被覆されている。   The stranded wire 101 is accommodated in the cylindrical member 81 shown in FIG. 2 and is fixed to the vicinity of the opening inside the glass tube 56 by the joint portion 102. The stranded wire 101 is heat-resistant coated.

発熱線103は、コイル状であり、略円弧状ガラス管53内に収容される。   The heating wire 103 has a coil shape and is accommodated in the substantially arc-shaped glass tube 53.

より線104の一端は、ガラス管54の内側の開口部付近に固定される。より線104の大部分は、円筒部材83内に収容されている。   One end of the stranded wire 104 is fixed near the opening inside the glass tube 54. Most of the stranded wire 104 is accommodated in the cylindrical member 83.

より線104の他端は、ガラス管94の内側の開口部付近に固定される。より線104は、耐熱被覆されている。   The other end of the stranded wire 104 is fixed in the vicinity of the opening inside the glass tube 94. The stranded wire 104 is heat-resistant coated.

発熱線105は、コイル状であり、略円弧状ガラス管93内に収容される。   The heating wire 105 has a coil shape and is accommodated in a substantially arc-shaped glass tube 93.

より線107は円筒部材91内に収容され、接合部106によってガラス管96の内側の開口部付近に固定される。より線107は、耐熱被覆されている。   The stranded wire 107 is accommodated in the cylindrical member 91 and is fixed to the vicinity of the opening inside the glass tube 96 by the joining portion 106. The stranded wire 107 is heat-resistant coated.

図5に示すように、プレート80の上側には、プレート80との間にガラス管56,53,54(図2参照)を挟み込むようにプレート180が設けられている。プレート180は、プレート80と面対称の形状をしており、ガラス管56,53,54(図2参照)を収容する凹部が設けられている。   As shown in FIG. 5, a plate 180 is provided on the upper side of the plate 80 so as to sandwich glass tubes 56, 53, and 54 (see FIG. 2) between the plate 80. The plate 180 has a shape symmetrical to the plate 80, and is provided with a recess for receiving the glass tubes 56, 53, and 54 (see FIG. 2).

プレート90の上側には、プレート90との間にガラス管96,93,94を挟み込むようにプレート190が設けられている。プレート190は、プレート90と面対称の形状をしており、ガラス管96,93,94を収容する凹部が設けられている。   A plate 190 is provided on the upper side of the plate 90 so as to sandwich the glass tubes 96, 93, 94 between the plate 90. The plate 190 has a shape symmetrical to the plate 90 and is provided with a recess for accommodating the glass tubes 96, 93, 94.

ここで、プレート80,180,90,190の凹部は試料部に集光するような形状ならび鏡面加工が施されている。同等なミラーで置き換えることもできる。   Here, the concave portions of the plates 80, 180, 90, and 190 are shaped and mirror-finished so as to be focused on the sample portion. It can be replaced with an equivalent mirror.

プレート80とプレート90とは、図示しない駆動手段によって図2中に矢印の向きに移動可能である。プレート80の移動に連動して、ガラス管56,53,54およびプレート180も移動する。プレート90の移動に連動して、ガラス管96,93,94およびプレート190も移動する。   The plate 80 and the plate 90 can be moved in the direction of the arrow in FIG. 2 by driving means (not shown). In conjunction with the movement of the plate 80, the glass tubes 56, 53, 54 and the plate 180 also move. In conjunction with the movement of the plate 90, the glass tubes 96, 93, 94 and the plate 190 also move.

当該移動によって、加熱ユニット61は、図3に示す状態になる。   By the movement, the heating unit 61 is in the state shown in FIG.

すなわち、加熱ユニット61は、下部ディスク基板14と上部ディスク基板16との間に微小試料19を挟み込む前の状態で、図3に示すように、プレート80と、プレート90とは距離L1だけ離れた姿勢になる。   That is, the heating unit 61 is in a state before the micro sample 19 is sandwiched between the lower disk substrate 14 and the upper disk substrate 16, and the plate 80 and the plate 90 are separated by a distance L1 as shown in FIG. Become posture.

図3に示す姿勢では、下部ディスク基板14と上部ディスク基板16との間に微小試料19を挟み込むために必要な領域92を確保できる距離L1だけ、プレート80,180と、プレート90,190とを離している。   In the posture shown in FIG. 3, the plates 80 and 180 and the plates 90 and 190 are separated by a distance L1 that can secure a region 92 necessary for sandwiching the micro sample 19 between the lower disk substrate 14 and the upper disk substrate 16. Separated.

そして、下部ディスク基板14と上部ディスク基板16との間に微小試料19を挟み込んだ後に、プレート80,180とプレート90,190とを接合する。これにより、図3に示す領域92は、図2に示す領域のように小さくなり、ガラス管53,93を微小試料19に近接することができる。   After the micro sample 19 is sandwiched between the lower disk substrate 14 and the upper disk substrate 16, the plates 80 and 180 and the plates 90 and 190 are joined. As a result, the region 92 shown in FIG. 3 becomes smaller than the region shown in FIG. 2, and the glass tubes 53 and 93 can be brought close to the micro sample 19.

図2に示す状態での領域92の大きさは、微小試料19を内側に収容できる。   The size of the region 92 in the state shown in FIG. 2 can accommodate the micro sample 19 inside.

このように、下部ディスク基板14と上部ディスク基板16との間に微小試料19を挟み込んだ後に、ガラス管53,93を微小試料19に近接することで、このような移動を行わない場合に比べて、ガラス管53,93と微小試料19との距離を短くし、加熱効率を大幅に向上できる。   As described above, the glass sample 53 and 93 are brought close to the minute sample 19 after the minute sample 19 is sandwiched between the lower disk substrate 14 and the upper disk substrate 16 as compared with the case where such movement is not performed. Thus, the distance between the glass tubes 53 and 93 and the micro sample 19 can be shortened, and the heating efficiency can be greatly improved.

図6は、本発明の実施例の加熱ユニットを用いる一定温度制御のスキーム図である。   FIG. 6 is a schematic diagram of constant temperature control using the heating unit of the embodiment of the present invention.

まず、コントローラ1に希望設定温度:y0を入力する。コントローラ1は電源2を制御し、ヒーター3の温度を制御し、試料4を加熱する。その時のヒーター3の温度:Thならびに試料4の温度:Tsをそれぞれの近傍に設置した熱電対5、6でモニターし、その相関を測定する。欲する試料4(熱電対6)の温度:Tsに対応するヒーター温度:Thをコントローラ1に入力し、PID制御によりヒーター部が一定温度になる様に加熱することで試料4(熱電対6)の試料温度Tsを一定にする。   First, the desired set temperature y0 is input to the controller 1. The controller 1 controls the power source 2, controls the temperature of the heater 3, and heats the sample 4. The temperature of the heater 3 at that time: Th and the temperature of the sample 4: Ts are monitored by thermocouples 5 and 6 installed in the vicinity thereof, and their correlation is measured. Desired sample 4 (thermocouple 6) temperature: Heater temperature corresponding to Ts: Th is input to the controller 1, and the heater is heated to a constant temperature by PID control. The sample temperature Ts is made constant.

上記した加熱ユニットに基板をセットして加熱し、ヒーターと基板の温度を測定すると、図7,図8,図9に示すようなデータが得られる。ここでヒーター温度を30分〜390分の間100℃、そして420分〜730分の間60.0℃に保つようにセットすると、試料温度は、それぞれ72.21±0.03℃、48.28±0.02℃で一定であった。   When the substrate is set in the above heating unit and heated, and the temperature of the heater and the substrate is measured, data as shown in FIGS. 7, 8, and 9 is obtained. Here, when the heater temperature is set to be kept at 100 ° C. for 30 minutes to 390 minutes and 60.0 ° C. for 420 minutes to 730 minutes, the sample temperatures are 72.21 ± 0.03 ° C. and 48.48 respectively. Constant at 28 ± 0.02 ° C.

このように、ヒーター温度制御下における試料部の温度安定性ならびに表面間距離のドリフトが無いことが確認された。   Thus, it was confirmed that there was no drift in the temperature stability of the sample part and the distance between the surfaces under the heater temperature control.

現在製作した加熱ユニットでは、試料部温度は190℃まで昇温可能なことを確認した。これは、ヒーターの変更により更に高温にすることも可能である。   In the currently manufactured heating unit, it was confirmed that the sample part temperature could be increased to 190 ° C. This can be further increased by changing the heater.

また、図10に示すように、本発明の加熱ユニットによれば、距離のドリフトは、試料部温度を50℃に制御したときでも室温のときと同じくらいで変化がなかった。これは、加熱系から装置全体に熱が漏れていないことを示している。   Further, as shown in FIG. 10, according to the heating unit of the present invention, the distance drift was the same as that at room temperature even when the sample part temperature was controlled at 50 ° C., and there was no change. This indicates that heat does not leak from the heating system to the entire apparatus.

上述した加熱ユニット61の構成は、例えば、以下に示すように変更できる。   The configuration of the heating unit 61 described above can be changed, for example, as shown below.

すなわち、図1に示す例では、図2に示すように、一本のヒーター線100をガラス管53,93の双方に収容させる場合を例示したが、ガラス管53とガラス管93とで個別ヒーター線を収容するようにしてもよい。   That is, in the example shown in FIG. 1, as shown in FIG. 2, the case where the single heater wire 100 is accommodated in both the glass tubes 53 and 93 is illustrated, but the individual heater is composed of the glass tube 53 and the glass tube 93. You may make it accommodate a line.

また、ガラス管53,93に複数本のヒーター線を収容しもよいし、ガラス管53,93を2重あるいは上下方向に複数段に配置してもよい。   Further, a plurality of heater wires may be accommodated in the glass tubes 53, 93, or the glass tubes 53, 93 may be arranged in a double layer or in a plurality of stages in the vertical direction.

なお、本発明によれば、試料(固体、液体、液晶など)を2つの固体基板間に挟み、その厚みを変えながら、試料の粘弾性変化、摩擦・潤滑特性や試料と固体基板との結合の強さなどの温度依存性を評価することができる。また、基板そのものを試料とし、間に試料を挟むことなく、互いの摩擦(潤滑)特性を測定することもできる。また、その表面を吸着や化学修飾法〔LB(ラングミュア・ブロシェット)修飾法〕などにより修飾することもできる。また、片側表面を水平方向に振動させるだけではなく、表面に垂直方向に振動させて試料の周波数応答を測定することもできる。   According to the present invention, a sample (solid, liquid, liquid crystal, etc.) is sandwiched between two solid substrates, and the viscoelasticity change, friction / lubricating characteristics of the sample and the coupling between the sample and the solid substrate are changed while changing the thickness. It is possible to evaluate the temperature dependence such as the strength. In addition, the substrate itself can be used as a sample, and the friction (lubrication) characteristics of each other can be measured without sandwiching the sample therebetween. The surface can also be modified by adsorption or chemical modification [LB (Langmuir Brochette) modification]. In addition to vibrating the surface on one side in the horizontal direction, the frequency response of the sample can also be measured by vibrating in the direction perpendicular to the surface.

[第2実施形態]
本発明の加熱ユニットは、X線回折(X−ray diffraction)装置に適用することが可能である。
[Second Embodiment]
The heating unit of the present invention can be applied to an X-ray diffraction (X-ray diffraction) apparatus.

図11は、本発明の他の実施例を示す加熱ユニット付きX線回折装置の構成図、図12はそのX線回折装置の拡大図である。   FIG. 11 is a configuration diagram of an X-ray diffraction apparatus with a heating unit showing another embodiment of the present invention, and FIG. 12 is an enlarged view of the X-ray diffraction apparatus.

図11において、201はX線回折装置、202はX線、203は加熱ユニット、204は駆動側装置、205は駆動系である。   In FIG. 11, 201 is an X-ray diffractometer, 202 is an X-ray, 203 is a heating unit, 204 is a drive side device, and 205 is a drive system.

図12において、円筒形ディスク210、金211、基板(雲母)212、X線217、表面間距離(D)からなる。   In FIG. 12, it consists of a cylindrical disk 210, gold 211, a substrate (mica) 212, an X-ray 217, and a distance (D) between the surfaces.

ここでは、液体ナノ薄膜のX線回折装置について述べる。   Here, an X-ray diffraction apparatus for a liquid nano thin film will be described.

まず、放射光X線(SPring−8)を用い、液体ナノ薄膜のX線回析による構造評価法を確立する。ナノ空間中の液体構造と分子構造・表面特性との相関の解明を目指す。   First, a structure evaluation method by X-ray diffraction of a liquid nano thin film is established using synchrotron radiation X-ray (SPring-8). We aim to elucidate the correlation between the liquid structure in the nanospace and the molecular structure and surface properties.

SPring−8 BL40B2:エネルギー:8keV or15keV,ビーム径:100 or 200μm
ここでは、試料構成、機器配置を改良し、空気、窓材カプトンなどの背景散乱を低減した。
SPring-8 BL40B2: Energy: 8 keV or 15 keV, beam diameter: 100 or 200 μm
Here, the sample configuration and instrument layout were improved to reduce background scattering such as air and window kapton.

因みに、従来の液体薄膜中の構造の直接評価は、
(1)SFAとX線回折測定:スメクチック液晶8CB薄膜の評価、ただし、膜厚〜0.5μm程度(上記非特許文献3参照)
(2)SFAとX線反射率法:ナノ空間中の擬球形分子(TTMSS)の厚み方向の電子密度プロファイル、ただし、フィッティングパラメータが非常に多い(上記非特許文献4参照)
本実施形態のX線回折装置では、第1実施形態と同様に上部ディスク基板16(212)および下部ディスク基板14(214)付近に加熱ユニット61(203,213)が配置されている。
Incidentally, the direct evaluation of the structure in the conventional liquid thin film is
(1) SFA and X-ray diffraction measurement: Evaluation of smectic liquid crystal 8CB thin film, but with a film thickness of about 0.5 μm (see Non-Patent Document 3 above)
(2) SFA and X-ray reflectivity method: electron density profile in the thickness direction of pseudospherical molecule (TTMSS) in nano space, but there are very many fitting parameters (see Non-Patent Document 4 above)
In the X-ray diffraction apparatus of the present embodiment, the heating unit 61 (203, 213) is disposed in the vicinity of the upper disk substrate 16 (212) and the lower disk substrate 14 (214) as in the first embodiment.

本実施形態によっても、下部ディスク基板14と上部ディスク基板16との間に微小試料19を挟み込んだ後に、ガラス管53,93を微小試料19に近接することで、このような移動を行わない場合に比べて、ガラス管53,93と微小試料19との距離を短くし、加熱効率を大幅に向上させることができる。   Also in this embodiment, after the micro sample 19 is sandwiched between the lower disk substrate 14 and the upper disk substrate 16, the glass tubes 53 and 93 are brought close to the micro sample 19 so that such movement is not performed. As compared with the above, the distance between the glass tubes 53 and 93 and the micro sample 19 can be shortened, and the heating efficiency can be greatly improved.

図13は本発明の更なる他の実施例を示す加熱ユニット付き表面力・蛍光複合測定装置(上記非特許文献5,6参照)の模式図である。   FIG. 13 is a schematic view of a combined surface force / fluorescence measurement apparatus with a heating unit (see Non-Patent Documents 5 and 6) showing still another embodiment of the present invention.

この図において、301は下部基板、302は上部基板、303は微小試料としての色素溶液、304はツインパスユニット(水平バネを介したモータによる駆動)、305は分光器(ストリークカメラ)、306はpsパルスレーザー、307は対物レンズ、308は加熱ユニットであり、以下のような実施内容を有する。   In this figure, 301 is a lower substrate, 302 is an upper substrate, 303 is a dye solution as a micro sample, 304 is a twin pass unit (driven by a motor through a horizontal spring), 305 is a spectroscope (streak camera), and 306 is A ps pulse laser, 307 is an objective lens, and 308 is a heating unit, which has the following implementation contents.

(1)粘性プローブによる閉じ込め液体の粘度の評価
粘性プローブはシアニン色素(Cy1)であり、
(1) Evaluation of the viscosity of the confinement liquid with a viscous probe The viscous probe is a cyanine dye (Cy1),

Figure 0006330212
Figure 0006330212

溶媒の粘度増加により無輻射遷移が制限され、蛍光寿命が増加する。   Increasing the viscosity of the solvent limits the non-radiative transition and increases the fluorescence lifetime.

(2)固−液界面におけるpH感受性プローブによるpH評価
pH感受性プローブはフルオレセイン(FL)であり、
(2) pH evaluation with a pH-sensitive probe at the solid-liquid interface The pH-sensitive probe is fluorescein (FL),

Figure 0006330212
Figure 0006330212

生体内や機能材料界面で重要である。   Important in vivo and at functional material interfaces.

(3)閉じ込め液体中のピレンエキシマー生成・消滅反応ダイナミクスの観測   (3) Observation of pyrene excimer formation / annihilation dynamics in confined liquid

Figure 0006330212
Figure 0006330212

なお、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関して、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行うことができる。   Those skilled in the art can make various modifications, combinations, sub-combinations, and alternatives for the components of the above-described embodiments within the technical scope of the present invention or an equivalent scope thereof.

本発明の加熱ユニットは、共振ずり測定装置、X線回折装置、蛍光寿命測定装置の試料を加熱する場合の様々なシステムに適用可能である。   The heating unit of the present invention can be applied to various systems in the case of heating a sample of a resonance shear measurement device, an X-ray diffraction device, and a fluorescence lifetime measurement device.

本発明は、任意の形状の基板間に挟まれた微小液体を効率的に高精度に加熱できる加熱ユニットに適用可能である。   The present invention is applicable to a heating unit that can efficiently heat a micro liquid sandwiched between substrates of arbitrary shapes with high accuracy.

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。   In addition, this invention is not limited to the said Example, Based on the meaning of this invention, a various deformation | transformation is possible and these are not excluded from the scope of the present invention.

本発明の微小試料の加熱方法は、任意の形状の基板間に挟まれた微小試料を効率的に高精度に加熱することができる微小試料の加熱方法として利用可能である。   The heating method for a micro sample of the present invention can be used as a heating method for a micro sample that can efficiently and accurately heat a micro sample sandwiched between substrates having an arbitrary shape.

1 コントローラ
2 電源
3 ヒーター(光源)
4、19 微小試料
5 ヒーター温度測定用熱電対
6 試料温度測定用熱電対
10 共振ずり測定ユニット
11 垂直力測定用カンチレバー
12 下部ディスクホルダ
13 上部ディスクホルダ
14 下部ディスク基板
15 4分割ピエゾ素子
16 上部ディスク基板
17 板バネ
18 電気ケーブル
20 静電容量計
21 加熱部用熱電対
22 試料部用熱電対
23,24 電気ケーブル
53,54,56,93,94,96 ガラス管
61,203,308 加熱ユニット
71 第1の加熱ユニット
72 第2の加熱ユニット
80,90,180,190 プレート
81,83,91 可撓性の円筒部材
92 微小試料を挟み込むために必要な領域
100 ヒーター線
101,104,107 より線
102,106 接合部
103,105 発熱線
201 X線回折装置
202,217 X線
204 駆動側装置
205 駆動系
210 第1の円筒形ディスク
211 第1の金
212 基板(雲母)
D 表面間距離
301 下部基板
302 上部基板
303 微小試料としての色素溶液
304 ツインパスユニット
305 分光器(ストリークカメラ)
306 psパルスレーザー
307 対物レンズ
1 Controller 2 Power supply 3 Heater (light source)
4, 19 Small sample 5 Thermocouple for heater temperature measurement 6 Thermocouple for sample temperature measurement 10 Resonant shear measurement unit 11 Cantilever for vertical force measurement 12 Lower disk holder 13 Upper disk holder 14 Lower disk substrate 15 Four-part piezo element 16 Upper disk Substrate 17 Leaf spring 18 Electric cable 20 Capacitance meter 21 Thermocouple for heating part 22 Thermocouple for sample part 23, 24 Electric cable 53, 54, 56, 93, 94, 96 Glass tube 61, 203, 308 Heating unit 71 First heating unit 72 Second heating unit 80, 90, 180, 190 Plate 81, 83, 91 Flexible cylindrical member 92 Area necessary for sandwiching minute sample 100 Heater wire 101, 104, 107 Stranded wire 102, 106 Joint 103, 105 Heating wire 201 X-ray diffractometer 202, 217 X-ray 204 drive side device 205 drive system 210 first cylindrical disk 211 first gold 212 substrate (mica)
D Distance between surfaces 301 Lower substrate 302 Upper substrate 303 Dye solution as a minute sample 304 Twin pass unit 305 Spectrometer (streak camera)
306 ps pulse laser 307 Objective lens

Claims (4)

二つの基板に挟まれた微小試料を囲む対向する二つ以上の加熱系を用い、加熱には略円弧状の赤外線ヒーターを用い、該赤外線ヒーターから出る熱線を前記微小試料の反対側にある半月状のミラーで集光し、試料部を加熱する微小試料の加熱方法において、前記赤外線ヒーター並びに基板に挟まれた微小試料は容器中に入れられて断熱し、また、前記容器は微小試料の交換や試料部の駆動のために二つ以上に分割することを特徴とする微小試料の加熱方法。   Two or more opposing heating systems surrounding a micro sample sandwiched between two substrates are used, a substantially arc-shaped infrared heater is used for heating, and a heat ray emitted from the infrared heater is placed on the opposite side of the micro sample. In a method for heating a micro sample that is focused by a mirror and heating the sample part, the micro sample sandwiched between the infrared heater and the substrate is placed in a container to insulate it, and the container is used for exchanging the micro sample. And a method of heating a micro sample, which is divided into two or more for driving the sample part. 請求項1記載の微小試料の加熱方法において、前記微小試料が液体又は固体であることを特徴とする微小試料の加熱方法。   2. The method of heating a micro sample according to claim 1, wherein the micro sample is a liquid or a solid. 請求項1記載の微小試料の加熱方法において、前記試料部の温度の制御は、加熱部ならびに試料部の温度を観測し、希望設定温度を決め、加熱部の温度をフィードバック回路により前記赤外線ヒーターにかける電流量を制御して0.1度以内で望ましい温度に一定に保つことを特徴とする微小試料の加熱方法。   2. The method of heating a micro sample according to claim 1, wherein the temperature of the sample part is controlled by observing the temperature of the heating part and the sample part, determining a desired set temperature, and setting the temperature of the heating part to the infrared heater by a feedback circuit. A method for heating a micro sample, characterized in that the amount of current applied is controlled and kept constant at a desired temperature within 0.1 degrees. 請求項1記載の微小試料の加熱方法において、前記加熱系は、前記基板の垂直な方向に観察光を入射するため箱型の容器とし、また前記基板は該基板にかかる垂直力を測定するためのバネを介して上下に動かす外部の駆動系につながれていることを特徴とする微小試料の加熱方法。   2. The method for heating a micro sample according to claim 1, wherein the heating system is a box-shaped container for allowing observation light to enter in a direction perpendicular to the substrate, and the substrate measures a normal force applied to the substrate. A heating method for a micro sample characterized by being connected to an external drive system that moves up and down via a spring.
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