目次 表面・界面工学大系「上巻」基礎編

総目次

第1章 総論-表面・界面とは 1
第1節 表面と界面 <梶山千里> <高原淳> <田中敬二> 1
まえがき 1
1. 液体の表面 1
2. 固体の表面 2
3. 固体の界面 3

第2節 表面とバルク <梶山千里> <高原淳> <田中敬二> 5
まえがき 5
1. 金属における表面とバルク 5
2. 高分子固体における表面とバルク 6
2.1 非晶性高分子 6
2.2 ポリマーブレンド 6
2.3 ブロック共重合体 6
2.4 結晶性高分子 7

第3節 環境と表面(汚れた表面,清浄表面) <藤井定美> 8
まえがき 8
1. 吸着 8
1.1 物理吸着 8
1.2 化学吸着 8
1.3 固体への気体の吸着 8
1.4 吸着材 9
1.5 吸着と吸収の違い 9
1.6 吸着と清浄表面の関係 9
2. 酸化 10
3. 人体の皮膚 10
4. 集積回路製造のプロセスでの汚れ発生 11
4.1 汚染の発生 11
4.2 洗浄の評価 12

第4節 機能性表面 <村瀬平八> 13
まえがき 13
1. 表面・界面の機能と応用分野 13
2. 機能化の方法 13
3. 機能性表面とは 14
3.1 二次元表面の機能 14
3.2 親水性と疎水性 15
3.3 接着と防食 17
3.4 生体と材料との相互作用 18
3.5 金属錯体を含有する触媒機能 19
3.6 組成シフト 19
3.7 機能性超分子材料 20
あとがき 21

第5節 泡 <大成博文> 23
まえがき 23
1. 泡の分類 23
2. 泡の発生方式 24
2.1 羽など物体を高速回転させる 24
2.2 細孔から気体を噴出させる 24
2.3 突起物や物体に衝突させる 24
2.4 圧力開放させる 24
2.5 圧力急変部に空気を吸入し引きちぎる 24
2.6 気液二相流体を旋回・混合させる 24
3. マイクロバブルの発生方式 25
4. マイクロバブルの特徴 25
5. 泡と海 26
5.1 海水マイクロバブルと水産業 26
5.2 酸欠改善と成長促進 27
あとがき 27

第6節 自然界の表面 <藤井定美> 29
まえがき 29
1. 地球 29
2. 細胞表層系 30
3. 植物の葉 31
4. 細菌 32
5. 人体 33

第7節 表面の腐食 <吉原一紘> 36
まえがき 36
1. 腐食反応の形態 36
1.1 全面腐食 36
1.2 局部腐食 36
2. 腐食反応の熱力学的平衡 37
2.1 乾食の場合 37
2.2 湿食の場合 38
3. 腐食反応の速度 39
3.1 乾食の場合 39
3.2 湿食の場合 39

第8節 表面の摩擦 <河野彰夫> 41
1. 摩擦研究の歴史 41
2. 摩擦のメカニズム 41
3. 真実接触面積と凝着 42
4. 真空中の摩擦 42
5. 複合応力を考慮した凝着モデル 43
6. スティック・スリップと高速の摩擦 44
7. 摩擦と摩耗 44
8. その他の材料の摩擦 44
あとがき 44

第9節 微生物の表面科学 <大島広行> 46
まえがき 46
1. 表面電荷層の Donnan 電位と表面電位 46
2. 柔らかい粒子の電気泳動 47
3. 柔らかい粒子の相互作用 49

第2章 表面構造 51
第1節 有機の酸化による変性 <八木俊治> 51
まえがき 51
1. 高分子の構造と表面の性質 51
2. 表面改質方法 51
2.1 グロー放電 52
2.2 CASING 処理 54
2.3 リモートプラズマ処理 55
2.4 スパッタエッチング 55
2.5 大気圧グロー放電処理 55
2.6 コロナ放電処理 56
2.7 パルスコロナ放電処理 56
2.8 フレームプラズマ〔火炎〕処理 56
2.9 紫外線照射処理 57
2.10 化学薬品処理 57

第2節 セラミックスの表面 <藤正督> <武井孝> 59
まえがき 59
1. セラミックス表面の構造と物性 59
1.1 表面緩和現象 59
1.2 表面酸塩基性 61
2. セラミックスの表面・界面現象 63
2.1 多結晶体組織の幾何学的形状 63
2.2 粒界拡散 64
3. セラミックスの表面処理 65
3.1 化学的表面処理による疎水化処理 65
3.2 耐食性付与 67
3.3 釉薬処理 67

第3節 非晶質合金の表面 <浅見勝彦> 70
まえがき 70
1. 非晶質合金表面の特徴 70
2. 研磨したままの非晶質合金表面 70
2.1 典型的な非晶質Fe系高耐食性合金の表面構造 71
2.2 Ni系非晶質合金の表面構造 72
2.3 Mo-Zr系合金の表面構造 72
2.4 Al-バルブ金属合金の表面構造 73
2.5 Cu-バルブ金属合金の表面構造 73
3. 各種環境中の非晶質合金表面 73
3.1 腐食環境における含Cr非晶質合金表面へのCrの濃縮 73
3.2 塩酸溶液中におけるMo-Zr系合金表面構造の変化 74
3.3 大気中における非晶質Cu-40Zr合金表面構造の変化 75
あとがき 75

第4節 触媒の表面 <福井武久> 78
1. 触媒とは 78
2. 触媒の機能と活性点 78
2.1 触媒の機能 78
2.2 活性点と吸着 79
3. 触媒の構成と分類 79
4. 触媒の表面特性と状態 80
4.1 固体触媒表面の性質と状態 80
4.2 触媒表面の物理的性質 81
4.3 触媒表面の構造 81
4.4 触媒表面の化学的性質 81
あとがき 82

第3章 分子間力と電子状態理論 83
はじめに <村瀬平八> 83
第1節 自然界に存在する4種の力 <村瀬平八> 83
まえがき 83

第2節 分子間力の発展の歴史 <村瀬平八> 84
まえがき 84
1. 第1の流れ:界面化学分野 85
2. 第2の流れ:量子力学分野 85
3. 第3の流れ:統計力学分野 87

第3節 分子間力の特性 <村瀬平八> 88
1. 近接力と速達力,飽和力と加成力 88
2. 化学結合力と物理結合力,引力と斥力 88
2.1 化学結合と物理結合 88
2.2 引力と斥力 88

第4節 分子間力 <村瀬平八> 90
1. van der Waals 力 90
1.1 双極子/双極子力 91
1.2 双極子/誘起双極子力 91
1.3 分散力 91
1.4 3種の分子間力の重畳 92
2. 静電気力とイオン結合力 92
2.1 静電気力結合 92
2.2 イオン結合 93
3. 電子対結合力 93
3.1 共有結合 93
3.2 配位結合 94
4. 金属結合力 94
5. 電荷移動力 96
5.1 酸-塩基結合 96
5.2 水素結合 96
5.3 電荷移動結合 97
5.4 donor-acceptor 結合 98
5.5 E&C結合 98
5.6 HSAB理論と Drago のパラメーターとの相関 99
5.7 電荷移動相互作用の応用 99

第5節 分子間力と各種界面現象のパラメーターとの相関 <村瀬平八> 102
1. 分子間力と内部エネルギー 102
2. 分子間力と表面エネルギー 103
3. 分子間力とぬれ 104
4. 分子間力と接着 105
4.1 接着の要因 106
5. 分子間力と相容性 107

第6節 量子力学の界面現象への応用 <村瀬平八> 108
1. パラメーターの相関 108
2. 分子軌道法を用いた接着界面エネルギーの計算 110
あとがき 111

第7節 電子状態(分子軌道法を用いた相互作用計算) <都築誠二> 114
1. 計算方法 114
2. 分子同相互作用の種類と計算方法 114
2.1 分子間相互作用の種類 114
2.2 計算方法 115
3. 電子相関の補正とその形響 115
4. 基面関数の選択とその影響 116
5. 密度汎関数法計算とその問題点 117

第4章 表面・界面の電子状態およびエネルギー 119
第1節 表面準位 <岩見基弘> 119
まえがき 119
1. 仕事関数 119
2. タム状態とショックレー状態 120
3. 表面準位の実験による解明 120
3.1 表面を調べる 120
3.2 光電子分光 (PES) 121
3.3 電子エネルギー損失分光 (EELS) 121
3.4 オージェ電子分光法 (AES) 122
3.5 (軟)X線発光分光法〔(S) XES〕 123

第2節 原子配列と電子状態 <野口祐二> 125
まえがき 125
1. 酸化鉛 (PbO) の結晶構造 126
2. 電子状態 127
2.1 ブリュアン帯域 127
2.2 バンド構造と状態密度 128
あとがき 138

第3節 内殻電子のエネルギー状態 <遠藤一央> 140
1. 原子のエネルギー準位 140
2. 原子内の電子状態 140
3. つじつまのあう場 (SCF) 141
4. ハートリー-フォック計算値と内殻電子結合エネルギー 142

第4節 原子の殻構造 <遠藤一央> 146
1. 元素の周期系 146
2. 角運動量による状態の分類 147
3. スピン軌道相互作用 148
4. 閉殻系と開殻系 148

第5節 KLLオージェ <遠藤一央> 151
1. X線項 151
2. j-j結合とL-S結合 151
3. X線発光とオージェ電子放出過程 152
4. オージェ電子遷移エネルギー 153
5. オージェ電子遷移の信号強度 154
6. オージェ電子遷移のスペクトルとその解析 155

第6節 表面ダングリングボンド <堀尾吉已> 156
まえがき 156
1. 電子軌道 156
2. 表面再構成 157
3. 表面電子準位と表面電気伝導 160

第7節 界面原子の結合エネルギー <石井晃> 162
まえがき 162
1. 原子間結合のエネルギー要素 162
2. 安定なエネルギー状態をとるための原子配置 162
3. 格子不整合の解消方法 163
3.1 格子不整合が小さい場合 163
3.2 格子不整合が大きい場合 164
4. 界面における原子の入れ替え 164
5. 薄膜成長基板の工夫 165
あとがき 165

第5章 物質間の相互作用(界面の形成と界面エネルギー) 167
第1節 混合の熱力学(相溶性)と相図 <秋山三郎> 167
1. 混合の基本原理 167
2. 混合のエントロピー変化 168
3. 混合のエンタルピー変化 169
4. 高分子どうしの混合(相溶性) 169
4.1 Flory-Huggins-Scott の理論(古典論) 170
4.2 新しいFlory 理論 170
4.3 Sanchez 理論 172
5. 相図の計算法 173
5.1 スピノーダル温度 (Tsp) 173
5.2 バイノーダル温度 (Tbn) 174

第2節 高分子の相溶性と相分離 <秋山三郎> 177
まえがき 177
1. 相溶性と混和性 177
2. 相溶性ポリマーブレンドの実例 177
3. 相溶化法・アロイ化法 179
4. 相分離 179
5. 初期段階 (Early Stage) 180
6. 後期段階 (Late Stage) 181

第3節 ぬれの理論 <石井淑夫> 183
まえがき 183
1. ぬれの研究に使われる物理量 183
1.1 ヤングの式 183
1.2 デュプレの式 183
1.3 ヤング-デュプレの式 183
1.4 浸漬仕事 183
1.5 拡張ぬれ仕事 184
2. ぬれの3タイプ 184
2.1 付着ぬれ 184
2.2 浸漬ぬれ 184
2.3 拡張ぬれ 184
3. 表面自由エネルギーの成分 184
3.1 臨界表面張力 184
3.2 固体の表面自由エネルギー成分 185
3.3 フォーカスの解析法 185
3.4 拡張フォーケスの式 185
3.5 固体の表面自由エネルギーに関するいろいろな解析手段の提案 186
あとがき 186

第4節 接着の理論 <三刀基郷> 187
まえがき 187
1. 界面の相互作用力諸説 187
2. 分子間力による界面相互作用エネルギー 188
2.1 幾何平均則 188
2.2 Good-Girifalco の方法 188
2.3 Fowkes の方法 189
2.4 Fowkes 式の拡張 190
3. 接着接合における界面の役割 191
3.1 剥離試験のもつ意味 191
3.2 剥離試験の粘弾性効果 191
3.3 剥離強さと粘弾性効果 193

第5節 計算化学による相互作用の算出 <都築誠二> 196
1. 相互作用の計算方法 196
2. 分子軌道法計算の精度 196
3. 水素結合 197
4. 弱い相互作用 198
5. 炭化水素の相互作用 198
6. イオンとの相互作用 199
7. 金属表面と有機分子の相互作用 199

第6節 吸着理論 <宮原稔> 200
まえがき 200
1. 分子-固体間相互作用 200
2. 表面吸着理論 201
2.1 ポテンシャルエネルギーに基づく理論 201
2.2 吸着サイトに基づく理論 203
3. 細孔内吸着理論 205
3.1 ミクロ孔充填 206
3.2 毛管凝縮現象 209
4. 最近のアプローチ:分子シミュレーションと統計力学的手法 212
4.1 ポテンシャル関数 212
4.2 計算手法の概要と特徴 213
4.3 細孔径分布推定の基礎としての各手法の応用 214
あとがき 215

第7節 溶融・拡散 <藤井定美> 217
まえがき 217
1. 気体分子運動論と気体分子拡散 217
2. 液体から気体への拡散 218
3. 液体への,気体の拡散 218
4. 固体への,気体あるいは液体の拡散 220
5. 固体間での拡散 221
6. 移相型溶融 222
7. 複雑な過程を経る溶融,吸収 222
あとがき 223

第8節 蒸発・気化 <藤井定美> 224
1. 蒸発・気化とは 224
2. 固体と液体の併存状態 224
3. 蒸発速度の一般論 225
4. 乾燥機構 225
5. 熱の伝達 227
6. 乾燥の限界 228

第6章 結晶表面 <一宮彪彦> 229
第1節 結晶の性質実格子と逆格子 229
1. 結晶の原子配列 229
2. 結晶の数学的記述 230
3. 結晶中の電子分布 230
4. 結晶中の電子に対するポテンシャル 231

第2節 逆格子と回折 232
1. ミラー (Miller) 指数 232
2. 回折と逆格子〔エワルド (Ewald) の作図〕 232
3. 有限な結晶の逆格子 232

第3節 結晶表面とバルク結晶-再構成構造とその表示 233
1. 表面再構成構造 233
2. Woodの表記法とマトリックス表記法 234

第4節 二次元格子と逆格子 234
1. 二次元格子の表記法 234
2. 二次元結晶に対する結晶構造因子 235
3. 表面固有の逆格子ロッド 236

第5節 結晶成長と表面 237
1. 表面エネルギー 237
2. 表面エネルギーと結晶成長様式 237

第7章 表面の励起・照射 239
第1節 表面プラズモン <鶴岡徹> 239
1. 表面プラズモンとは 239
2. 表面プラズモン・ポラリトンの基礎理論 239
3. 光を用いた表面プラズモン・ポラリトンの観測 240
3.1 全反射減衰法 240
3.2 回折格子を用いる方法 241
3.3 表面粗さを利用する方法 241
4. 電子線を用いた表面プラズモンの観測 242
4.1 金属表面プラズモンのエネルギー分散 242
4.2 半導体表面蓄積層の伝導電子プラズモン 243
4.3 表価電子バンドの二次元プラズモン 243
5. 局在型表面プラズモン 244

第2節 エキシトン(励起子) <新井敏弘> 246
1. エキシトン(励起子)とは 246
2. ワニア励起子とフレンケル励起子 247
3. 励起子ポラリトン 248
4. 表面励起子と表面励起子ポラリトン 250
5. 0次元系内の励起子 251

第3節 表面ポラリトン <須藤彰三> 253
まえがき 253
1. 表面ポラリトンのエネルギー分散 253
2. 表面ポラリトンの観測および測定 255
2.1 表面エキシトン・ポラリトン 255
2.2 表面フォノン・ポラリトン 256
2.3 表面プラズモン・ポラリトン 256
3. 表面ポラリトンの実空間における観察 257

第4節 表面における素励起 <須藤彰三> 258
まえがき 258
1. 固体の素励起 258
2. 表面の素励起 258
2.1 表面プラズモン 258
2.2 表面フォノン 260
2.3 表面エキシトン 261

第5節 表面マグノン・表面マグノンポラリトン <須藤彰三> 264
まえがき 264
1. バルクのマグノン 264
2. フォークト配置 264
3. 表面マグノンポラリトンの分散(強磁性体の場合) 265
4. 表面マグノンポラリトンの観測 266
5. 静磁場近似領域の表面マグノンポラリトン 267

第6節 表面増強ラマン散乱 <坂本謙二> 268
1. 表面増強ラマン散乱とは 268
1.1 ラマン分光 268
1.2 表面分析法としての表面増強ラマン散乱 268
2. 表面増強ラマン散乱の特徴的な現象 269
3. 表面増強ラマン散乱の機構 269
3.1 電磁効果と化学効果 269
3.2 電磁効果によるラマン散乱の増強 270
3.3 化学効果によるラマン散乱の増強 270
3.4 SERS効果の定量的理解の困難性 271
4. 最近の話題 271

第7節 ミューオンによる表面解析 <永嶺謙忠> 278
まえがき 278
1. ミューオンによる固体表面との相互作用 279
2. 低速μ′, Mu, Mu-, μ-の発生 279
2.1 固体気化中減速法 279
2.2 熱エネルギーミューオニウム (Mu) 解離法 279
2.3 熱エネルギーMu-法 280
2.4 その他 280
3. ミューオンによる表面研究の原理 280
3.1 μSR法,MuSR 法 280
3.2 ミューオニウム発生分光 281
3.3 μ表面散乱 281
3.4 表面ミューオン原子分光 282
4. ミューオンによる表面研究の実例 282
4.1 μ′SR法による表面磁性の研究 282
4.2 Mu放出分光による表面研究 282
5. 展望 283

第8章 (固体)界面の特性 285
第1節 界面の電子状態 <中山隆史> 285
1. 界面電子状態の起源 285
1.1 物質AまたはB起源の電子状態 285
1.2 A/B界面特有の界面電子状態 286
2. バンド整列の仕組み 286
2.1 フェルミ準位の定義 287
2.2 金属/半導体界面および半導体/半導体界面におけるバンド整列 287
3. バンドオフセットの起源 288
4. 界面の電子物性 289

第2節 材料と力学的特性 <大塚寛治> 291
1. バルク応力集中の力学 291
2. ポテンシャル井戸と強度 292
3. 欠陥の存在と理論強度 294
4. 材料と応力緩和 296
5. 転位による応力の緩和 297
6. 応力と内部エネルギーの関係 298
7. 分子運動と格子振動 299
8. 熱エネルギーによるクリープの発生 301

第3節 界面の強度 <大塚寛治> <保川彰夫> 303
1. 壊れやすい界面 303
2. 界面強度 306
3. 界面強度劣化現象 307
4. 界面ポテンシャル曲線の試算例 (SiO2) と水の影響 309

第4節 粒界 <幾原雄一> 314
まえがき 314
1. 粒界性格 314
2. 小角粒界 314
3. 対応粒界 315
3.1 対応格子理論 315
3.2 粒界エネルギーと構造ユニット 316
4. O格子理論 316
5. 粒界偏析 317
6. アモルファス粒界 318
あとがき 319

第5節 金属 <吉原一紘> 320
まえがき 320
1. 金属の表面構造 320
2. 金属表面の拡散 320
2.1 表面拡散の定義 320
2.2 表面拡散の原子論 321
3. 金属の表面組成 322
3.1 金属表面の偏析 322

第9章 界面電気 325
第1節 界面電気とは <古沢邦夫> 325
まえがき 325
1. 界面電気現象に関する熱力学的考察 325
2. 界面に生ずるいろいろな電位 326
2.1 接触電位差 326
2.2 界面に発生する3種の電位;x, ψおよびφ電位 327
3. 界面電気現象の具体例 328
3.1 気/液界面および単分子膜の表面電位 328
3.2 コロイド粒子の電位 330

第2節 界面静電現象 <板谷謹悟> 332
1. 電気的中性の原理とイオンの活量 332
2. 電気毛管現象 333
3. 電気二重層の構造 334
3.1 ヘルムホルツ層 334
3.2 拡散二重層 334

第3節 電気二重層の相互作用 <板谷謹悟> 337
1. コロイド粒子間の相互作用 337
2. コロイドの凝集 337

第4節 ヘテロ凝集 <臼井進之助> 339
まえがき 339
1. 電気二重層 339
2. 非対称電気二重層の相互作用 340
3. 非対称電気二重層の相互作用の特徴 341
4. 電気二重層の相互作用力 342
5. 表面電荷調節モデル 343
6. 異種粒子間のファン・デル・ワールス力 343
7. ヘテロ凝集の条件 344
8. 実験的研究 345

第5節 界面動電現象 <古沢邦夫> 348
1. 動電現象とは 348
2. 動電現象の理論 348
2.1 大きな粒子の電気泳動(スモルコフスキーの式) 348
2.2 小さな球状粒子の電気泳動(ヒュッケルとヘンリーの式) 349
2.3 精度の高い電気泳動の式(O’Brien-White の式) 350
3. 電気泳動法によるゼータ電位の測定 350
3.1 顕微鏡電気泳動法 350
3.2 回転回折格子法 352
3.3 レーザー・ドップラー電気泳動法 352
4. 流動電位法によるゼータ電位の測定 353
5. 濃厚分散系のゼータ電位測定 354

第6節 非水系の界面電気現象 <大島広行> 357
まえがき 357
1. 電解質イオンと粒子由来の対イオン 357
2. 通常のポアソン-ボルツマン (PB) 方程式 357
3. 体積無限大の電解質溶液中の1個の粒子 358
4. 自由体積モデル 358
5. 無塩系のPB方程式 358
6. 無塩系における粒子周囲の電位分布 359
7. 粒子の実効電荷と自由な対イオン 360
8. 電気泳動移動度 360
9. 電気伝導度 361
10. 沈降電位と Onsager の関係 361
あとがき 361

第10章 界面化学材料とその原理 363
第1節 界面活性剤 <田村隆光> <寺林剛> 363
まえがき 363
1. 界面活性剤の分子構造 363
1.1 界面活性剤の種類 363
1.2 親水性-疎水性のバランス (HLB) と応用例 363
1.3 界面活性剤分子の形状と分子集合体 365
2. 界面活性剤の溶解性 366
2.1 臨界ミセル濃度 366
2.2 クラフト点 368
2.3 曇点 370
3. 界面活性剤/水系の相挙動 370
あとがき 371

第2節 潤滑剤(固体) <千代田博宜> 373
まえがき 373
1. 摩擦と摩耗 373
1.1 摩擦 373
1.2 摩耗の種類 374
2. 固体の表面と油膜の形成 375
2.1 固体の表面 375
2.2 油膜の形成 375
3. 潤滑油とグリース 376
3.1 石油系潤滑油と合成潤滑油 376
3.2 グリース 378
3.3 潤滑油添加剤 379
4. 固体潤滑剤 380
4.1 固体潤滑剤の種類 380
4.2 固体潤滑剤の使用方法 382
あとがき 383

第3節 接着剤 <小野拡邦> 385
まえがき 385
1. 接着剤の分類 386
2. 接着剤固化後の化学構造と基本的性質 386
3. 機能性接着剤各論 388
3.1 熱特性 388
3.2 短時間接着 391
3.3 弾性接着剤(ひずみに追随する異種材料用接着剤) 393
3.4 解体性環境対応型接着剤 394
あとがき 395

第4節 塗料 <村田耕一郎> 396
まえがき-塗料と環境 396
1. 今日の塗料へのニーズ 396
2. 大気汚染の防止 397
3. 海洋汚染の防止 398
4. 塗膜性能の高度化 399
5. 塗料技術の拡大,そして新しい分野へ 399
あとがき-塗料技術の役割 401

第5節 膜分離 <荻野賢司> 402
まえがき 402
1. 逆浸透法 402
1.1 逆浸透とは 402
1.2 逆浸透膜 402
1.3 透過流速モデル 403
2. ナノろ過法 403
2.1 ナノろ過とは 403
2.2 ナノろ過膜 404
3. 限外ろ過法 404
3.1 限外ろ過とは 404
3.2 限外ろ過膜 404
3.3 濃度分極 404
4. 精密ろ過法 405
4.1 精密ろ過とは 405
4.2 精密ろ過膜 405
4.3 Ruth の式 406

第6節 防食処理 <前田重義> 407
まえがき 407
1. 金属被覆(めっき) 407
1.1 金属めっきによる防食原理 407
1.2 溶融めっきとその製品 408
1.3 電気めっきとその製品 409
1.4 溶射 410
2. 陽極酸化 410
3. 化成処理 411
3.1 リン酸塩処理 411
3.2 クロメート処理 412
3.3 ノンクロメート処理 412

第7節 消臭剤 <白井汪芳> 415
まえがき 415
1. 金属フタロシアニン系高分子触媒の酸化酵素類似反応 415
1.1 オキシダーゼ様酸化反応 415
1.2 カタラーゼ様反応 416
1.3 ペルオキシダーゼ様反応 416
1.4 ジオキシダーゼ様反応 416
1.5 チトクロームP450様反応 416
2. 消臭機能繊維と応用 416
2.1 金属フタロシアニンポリカルボン酸の消臭機能 416
2.2 消臭繊維とその効果 417
2.3 天然悪臭の実用レベルでの消臭効果と応用 417

第8節 防湿剤または乾燥剤 <岡林誠治> 420
まえがき 420
1. 防湿・乾燥の意義,目的 420
2. 最近の技術動向について 422
2.1 防湿剤 422
2.2 乾燥剤について 422
3. 吸着質としての水の特性 423
4. 防湿・乾燥方法 423
4.1 湿度,水分吸着容量の定義について 423
4.2 吸着による乾燥方法 423
4.3 吸収剤による方法 423
4.4 化学反応による方法 424
4.5 防湿性樹脂による方法 424
5. 乾燥剤の水分吸着,脱離特性 424

第11章 表面薄膜形成の基礎過程 427
第1節 薄膜の成長様式 <中原仁> 427
まえがき 427
1. Frank-van der Merve 型成長 427
2. Volmer-Weber 型成長 428
3. Stranski-Krastanov 型成長 428
4. 非平衡状態における成長 429
5. 成長様式を調べる実験手法 429

第2節 エピタキシャル成長 <中原仁> 430
まえがき 430
1. 分子線エピタキシーの概要 430
2. エピタキシャル成長過程 431
3. 成長に伴う RHEED 強度振重 432

第3節 LB膜 <伊藤紳三郎> 434
まえがき 434
1. LB膜の実験方法 434
2. 低分子LB膜 435
2.1 単分子膜の形成 435
2.2 水面膜の基本情報(表面圧-面積曲線) 436
2.3 色素単分子膜の作製 436
2.4 LB膜の機能化 436
3. 高分子材料への展開 436
3.1 低分子単分子膜と高分子単分子膜の違い 437
3.2 高分子単分子膜のアモルファス性 438
3.3 高分子単分子膜の特長 439
あとがき 439

第12章 粒子系薄膜形成 443
第1節 バイオインターフェースを用いた微粒子パターニング技術 <阿尻雅文> <高見誠一> <梅津光央> <大原智> 443
まえがき 443
1. DNA高次構造を利用したナノ粒子アセンブリーとアドレッシング 443
2. 特異的結合力をもつペプチドによるナノ粒子パターニング 444
3. 金属酸化物ナノ粒子へのバイオインターフェース機能の付加 445

第2節 コロイド分散相からの粒子系薄膜形成 <宍戸昌広> 447
まえがき 447
1. 製膜プロセスのためのナノ粒子の満たすべき条件 447
2. 異相界面におけるナノ粒子の二次元規則配列 447
2.1 固液気三相線を利用する方法 447
2.2 気液界面を利用する方法 449
2.3 固液界面を利用する方法 450
2.4 固液界面における化学結合を利用する方法 450
あとがき 450

第13章 洗浄理論 <平塚豊> 453
第1節 洗浄の基礎メカニズム 453
まえがき 453
1. 汚れの剥離 453
1.1 洗浄媒体への溶解 453
1.2 分解による洗浄媒体への分散 454
1.3 剥離による洗浄媒体への分散 454
1.4 エッチングによる引離し 454
2. 汚れの付着抑制 455
3. 汚れの排除 455

第2節 洗浄剤 456
まえがき 456
1. 水系洗浄剤 456
1.1 中性洗浄剤 457
1.2 アルカリ性洗浄剤 457
1.3 酸性洗浄剤 457
1.4 電解イオン水,ガス溶解水 458
2. 準水系洗浄剤 458
3. 非水系洗浄剤 458

第3節 環境負荷の少ない新洗浄技術 460
まえがき 460
1. レーザー洗浄 460
1.1 レーザー照射による効果 460
1.2 レーザー洗浄の応用例 460
1.3 レーザー洗浄のメリット 461
2. 極低温エアロゾル洗浄 461
2.1 極低温エアロゾル洗浄の効果 462
2.2 極低温エアロゾル洗浄技術の特徴と適用分野 462
3. 超臨界炭酸ガス流体洗浄 462

第4節 洗浄評価法 465
1. 表面性状による清浄度評価 465
1.1 目視判定法 465
1.2 水ぬれ現象を利用する方法 465
1.3 表面化学反応を利用する方法 466
1.4 接触角測定法 466
2. 表面汚れの定量法 467
2.1 粒子計数法 467
2.2 有機汚れ計測法 468
2.3 無機汚れ計測法 470

第14章 物質の種類と分析法の適用 475
第1節 金属 <吉原一紘> 475
まえがき 475
1. 表面観察 475
1.1 組成観察 475
1.2 原子配列の観察 476
2. 破断面観察 476
3. 粒界観察 476
4. 析出物観察 477
5. 皮膜分析 478

第2節 セラミックス <阿部浩也> <内藤牧男> 480
1. セラミックス材料における表面・界面分析 480
2. セラミックス製造における表面・界面分析 481
2.1 液中での粒子分散 481
2.2 成形時における粒子充填 482
2.3 焼結過程 482

第3節 磁性体 <岡本聡> 483
1. 磁性材料における表面・界面の役割 483
2. 磁性材料の表面・界面における分析技術 484
2.1 磁気モーメント,スピン配列 484
2.2 磁区観察 485
2.3 磁化曲線 487

第4節 半導体 <大見忠弘> <寺本章伸> 489
1. シリコン表面の洗浄技術 489
2. シリコン表面・シリコン/SiO2界面評価技術 490
2.1 有機物評価 491
2.2 金属評価 492
2.3 表面凹凸 492
2.4 自然酸化膜 492
2.5 結晶欠陥 492
3. 機能水を用いた低濃度薬液室温洗浄と洗浄のシリコン面方位依存性 493
3.1 室温低薬液濃度洗浄 493
3.2 洗浄のシリコン面方位依存性 493

第15章 分析法各論 499
第1節 顕微鏡 <西村敏哉> 499
1. 偏光顕微鏡 (PM) 499
2. 透過型電子顕微鏡 (TEM) 499
3. 反射電子顕微鏡 (REM) 500
4. 走査TEM (STEM) 501
5. 低エネルギー電子顕微鏡 (LEEM) 501
6. 走査電子顕微鏡 (SEM) 502
7. 光電子顕微鏡 (PEEM) 502
8. 走査型プローブ顕微鏡 (SPM) 503
9. 走査型トンネル顕微鏡 (STM) 504
10. 磁気力顕微鏡 (MFM) 504
11. 非接触原子間力顕微鏡 (NC-AFM) 505
12. 走査型非線形誘電率顕微鏡 (SNDM) 506
13. 電界放射顕微鏡 (FEM) 507
14. 電界イオン顕微鏡 (FIM) 507

第2節 各種表面・界面分析法の原理 509
【1】 汎用的分析システム <成沢忠> 509
まえがき 509
1. 固体-電子相互作用 509
2. 表面感度 510
3. 超高真空の必要性 510
4. 電子エネルギースペクトロメーター 511
5. オージェ電子分光法 (AES) 511
6. X線光電子分光法 (XPS) 512
7. 電子線回折法 514
8. イオン散乱法 515
9. 二次イオン質量分析法 (SIMS) 516
10. その他の手法 517

【2】 その他の分析法の原理および文献 519
《2-1》 真空紫外光電子分光 (UPS) <枝元一之> 519
まえがき 519
1. UPSの原理 519
1.1 光電子放出過程 519
1.2 光励起確率 520
2. 実験 520
2.1 超高真空系 520
2.2 光源 520
2.3 電子エネルギー分折器 520
3. 測定例 521
3.1 表価電子状態 521
3.2 気体吸着表面 521

《2-2》 角度分解光電子分光法 (ARPES) <小沢健一> 523
まえがき 523
1. 二次元バンド構造の決定 523
2. バルクバンド構造の決定 524
3. 対称性選択則 526
4. フェルミ面のマッピング 527

《2-3》 逆光電子分光法 <高橋隆> 529
まえがき 529
1. 逆光電子分光の原理 529
2. X線逆光電子分光 530
3. 紫外逆光電子分光 531
4. スピン分解逆光電子分光 532
あとがき 533

《2-4》 出現電位分光法 (APS) <小西亮介> 534
1. 原理 534
2. 基本的な実験方法 535
2.1 軟X線出現電位分光法 (SXAPS) 535
2.2 オージェ電子出現分光法 (AEAPS) 536
3. 主な実験結果 536
3.1 ステンレス鋼304表面の分析 536
3.2 チタン (Ti) 化合物表面の分析 536
3.3 遷移金属表面上への酸素吸着 537
3.4 拡張微細構造スペクトル-Tiの微細構造 538
あとがき 539

《2-5》 光電子スペクトロホログラフィー <石井秀司> 540
まえがき 540
1. 光電子回折・光電子ホログラフィー法の原理と問題点 540
2. 光電子スペクトロホログラフィーの例 541
2.1 差分光電子ホログラフィー法 541
2.2 多領域X線光電子回折 542
3. 光電子スペクトロホログラフィー装置 543

《2-6》 電子エネルギー損失分光法 (EELS) <田中崇之> 545
まえがき 545
1. 実験装置の主な種類と特徴 545
1.1 EELSの実験装置 545
1.2 透過型EELS 545
1.3 反射型EELS 545
2. 反射型EELSによる表面物性の分析 546
2.1 清浄表面の分析,表面状態 546
2.2 薄膜や吸着層の分析 546
2.3 散乱機構と選択則 546
3. EELSを用いた最近の測定例 547
3.1 反射型EELSによる計測例 547
3.2 二次元プラズモンの分散関係 547

《2-7》 高分解能電子エネルギー損失分光法 (HREELS) <田中崇之> 549
まえがき 549
1. 表面フォノンの分散関係の測定原理 549
2. 単原子屑h-BNのフォノン構造 549
3. グラフェンナノリボンのフォノン構造 551
4. TiC (100) の表面フォノン 552
あとがき 553

《2-8》 エネルギー損失微細構造 (EELFS) <田中崇之> 554
まえがき 554
1. 測定原理と解析手法 554
2. 測定例 554
2.1 ELNESの測定例 554
2.2 EXELFSの測定例 554

《2-9》 ラザフォード後方散乱法 (RBS) <成沢忠> 556
まえがき 556
1. RBS装置 556
2. RBSの原理 556
2.1 元素の同定 556
2.2 エネルギー損失 557
2.3 深さ分折 557
3. RBSの応用 557
4. RBSの問題点を克服する分折法 558
4.1 NRAとPTXE 559
4.2 PIXE解析例 559

《2-10》 高分解能中エネルギーイオン散乱法 <木村健二> 561
まえがき 561
1. イオン散乱法の原理と中エネルギーイオン散乱法の特徴 561
1.1 弾性散乱因子 561
1.2 散乱断面積 562
1.3 阻止能 563
1.4 エネルキー・ロス・ストラグリング 563
2. 高分解能中エネルギーイオン散乱法の実際 564

《2-11》 直衝突イオン散乱分光法(同軸型含む) <片山光浩> 566
1. 原理 566
2. 装置と特徴 566
2.1 表面の組成と構造の定量解析 567
2.2 表面下原子層からの散乱の観測 568
2.3 表面における動的過程の解析 568
3. 応用例 568

《2-12》 スタティックSIMS <加連明也> 571
1. スタティックSIMSとは 571
2. TOF-SIMSの装置と原理 571
3. TOF-SIMSの特徴 571

《2-13》 粒子線励起X線分析法 (PIXE) <石井慶造> 574
まえがき 574
1. イオン衝撃による原子の内殻電離 574
2. 特性X線の発生 575
3. PIXEによる定量分析 576
4. PIXEの検出限界 577
5. PIXEに用いられる加速器 578
6. PIXEの応用 578

《2-14》 放射光蛍光X線分析 <篭島靖> 582
まえがき 582
1. 蛍光X線分析の原理 582
2. 全反射蛍光X線分析法 582
3. 放射光の特性 583
4. 放射光X線マイクロビーム 584

《2-15》 放射光X線回折 <津坂佳幸> 587
まえがき 587
1. 多結晶 587
1.1 多結晶によるX線回折 587
1.2 sin2Ψ法 587
2. 単結晶 587
2.1 単結晶によるX線回折 587
2.2 ロッキングカーブ法 587
2.3 X線トポグラフ法 588
2.4 微小角入射X線回折法 588

《2-16》 広域X線吸収微細構造 (EXAFS) <大柳宏之> 589
1. 原理 589
2. 実験法 590
3. EXAFSの応用例 591

《2-17》 X線吸収端微細構造 (XANES) <大柳宏之> 593
1. 原理 593
2. 表面に敏感なXANES測定法 594
3. XANESの応用例 594
3.1 ナノクラスター 594
3.2 金属酸化物 595

《2-18》 X線光電子回折 (XPD) <大柳宏之> 597
1. 原理 597
2. XPD測定法 597
3. XPDの応用例 598
3.1 Ni表面のS吸着に対する理論計算 598
3.2 Si表面のAg吸着に対する実験 598

《2-19》 X線反射率法 <松尾隆二> <原田仁平> 600
まえがき 600
1. X線反射率 600
2. 解析の方法 601
2.1 フィッティングによる解析 601
2.2 単純化された解析 603
3. 測定 604
3.1 反射角測定法 604
3.2 コンバージェントビーム法 604
3.3 エネルギー分散型検出器を用いた測定法 604
4. 測定に際しての注意事項 605
5. X線反射率測定例:OTSの作製方法による構造の比較 605
あとがき 606

《2-20》 ラマン散乱 <荒船竜一> <目黒和幸> 608
まえがき 608
1. 原理 608
2. 特徴 610
3. 測定配置 610
4. 測定例 611
あとがき 611

《2-21》 分光エリプソメトリー(基本的理論と代表的な応用例) <鈴木道夫> 613
まえがき 613
1. 分光エリプソメトリーとは 613
2. 分光エリプソメトリーで何を求めることができるのか? 613
3. 測定装置 614
4. データ解析の理論 614
5. 代表的な応用例 616
5.1 半導体業界 616
5.2 光学薄膜業界 619
5.3 データ・ストレージ業界 621
5.4 フラット・パネル・ディスプレイ業界 621
あとがき 622

《2-22》 赤外分光法・フーリエ変換赤外分光法 <寺前紀夫> 625
1. 赤外分光法の概略 625
2. 赤外分光法から得られる情報と測定装置 625
3. 赤外分光法における試料調製法 626
3.1 透過法 626
3.2 反射吸収法 (RAS) 627
3.3 全反射法 (ATR) 629
3.4 拡散反射法 630
3.5 顕微測定法 631
あとがき 632

《2-23》 誘導結合プラズマ発光・質量分析法 <久保田正明> 633
1. 原理 633
2. 装置 634
2.1 装置の概要 634
2.2 ICP発光分析装置 634
2.3 ICP質量分析装置 635
3. 分析特性 636
3.1 ICP発光分析法 636
3.2 ICP質量分析法 636
4. 応用 637

第3節 界面の種類と分析法の適用 639
【1】 固体/有機体(タンパク質) <猪飼篤> 639
まえがき 639
1. タンパク質はなぜ吸着するか 639
2. 吸着の理論式 640
3. 吸着反応の実験方法 641
3.1 速度論的実験 641
3.2 中性子散乱実験 641
3.3 タンパク質と高分子の相互作用に関する実験 641
4. 吸着現象の例 642
あとがき 642

【2】 液体/液体界面 <苗村省平> 644
1. 液体/液体界面が重要な役割を果たす分散系 644
2. 界面活性剤分子の分散系 644
3. 界面活性剤分散系の液晶相 644
3.1 臨界ミセル濃度との関係 644
3.2 分散系組織構造の定性的アプローチ 645
4. 自己組織化機能をもつ液晶分子を含む分散系 648
4.1 液晶分子の構造 648
4.2 液晶/液体界面相互作用 648

第16章 分析システムの構成と要素機器 651
第1節 X線発生装置 <原田仁平> <栗林勝> 651
1. X線 651
2. X線の発生 651
2.1 実験室系のX線発生法 651
2.2 大型施設を用いる方法 652
3. X線のスペクトル 652
3.1 特性X線 653
3.2 連続X線 654
4. 種々のX線発生装置 654
4.1 封入式管球 654
4.2 開放型管球 655
5. X線焦点の見かけ上の大きさ 655
6. 光学素子 656
6.1 全反射光学素子 656
6.2 多層膜光学素子 657
7. 今後のX線源 658

第2節 紫外線発生装置 <藤井定美> 660
まえがき 660
1. 紫外線の性質 660
2. 紫外線発生装置 661
2.1 有電極水銀ランプ 661
2.2 無電極水銀ランプ 662
2.3 重水素ランプ 663
2.4 誘電体バリヤー放電エキシマランプ 664
2.5 エキシマレーザー 665
2.6 デュオプラズマトロン放電管 666
2.7 その他の真空紫外線ランプ 666

第3節 真空システム <藤井定美> 669
まえがき 669
1. 真空とは 669
2. 真空状態 670
3. 真空システムを構成する機器 671
4. 排気特性と到達真空度 671
5. 分子流におけるコンダクタンス 673
6. 真空システムのデザインツール 674
あとがき 674

第4節 レーザーを用いた表面研究 <清水肇> 675
まえがき 675
1. レーザーの特色 675
2. 各種のレーザー装置 675
2.1 Nd : YAGレーザー 675
2.2 波長可変固体レーザー 676
2.3 気体レーザー 676
3. 非線形光学効果 677
3.1 表面非線形現象 677
3.2 光イオン化 677
3.3 応用 679
4. 共焦点顕微鏡 680

第5節 原子核反応を利用する分析 <森田健治> 682
まえがき 682
1. 核反応 (NRA) 法の原理 682
1.1 放出粒子の運動エネルギー 682
1.2 断面積 683
2. 粒子励起γ線分光 (PIGME) 法の原理 684
2.1 放出γ線のエネルギー 684
2.2 断面積 686
3. 測定装置 686
3.1 分析システムの構成 686
3.2 超高真空散乱槽 686

第17章 汎用的分析システムの応用例 689
第1節 オージェ電子分光法 (AES) <副島啓義> 689
まえがき 689
1. オージェ電子の発生 689
2. 収率 689
3. 発生領域 690
4. 信号検出 690
5. 応用例 691
5.1 シリコン基板上の汚染分析 691
5.2 半田バンプ表面の深さ方向分析 692
5.3 Si多層膜の深さ分析 692
5.4 高分解能分析 693
5.5 BCN薄膜の評価 694

第2節 X線光電子分光法(XPSまたはESCA) <中山陽一> <林栄治> 696
まえがき 696
1. 表面分析 696
1.1 有機高分子材料 696
1.2 無機材料・複合材料 698
2. 深さ方向分析 700
2.1 イオンエッチング法 700
2.2 精密斜め切削法 702
2.3 角度変化測定 705

第3節 斜入射X線回折法による薄膜構造と表面・界面の評価法 <稲葉克彦> <原田仁平> 707
まえがき 707
1. 斜入射X線回折法の幾何学 707
2. 薄膜法測定 709
3. インプレン回折測定 710
3.1 インプレン回折法の特徴 710
3.2 インプレン回折測定例 710
3.3 測定を実現するための条件 711
あとがき 711

第4節 X線CTR散乱法 <原田仁平> 713
まえがき 713
1. CTR散乱の観察 713
2. CTR散乱の物理的意味 714
3. CTR散乱から得られる情報 715
3.1 結晶表面の凹凸 715
3.2 表面,界面のひずみ 716
3.3 界面構造 716
4. 応用研究 717
4.1 結晶の加工表面 717
4.2 エピタキシャル結晶と界面 717
4.3 VPE法によるヘテロ界面の構造 719
あとがき 720

第5節 電子プローブ微小部分析法(電子プローブ・マイクロアナライザー;EPMA) <副島啓義> 722
まえがき 722
1. 主な信号と情報 722
2. 特性X線の発生 722
3. 特性X線の波長 723
4. 発生領域 723
5. 定量分析 723
6. X線スペクトル解析 724
7. 応用例 725

第6節 低速電子回折 (LEED) <水野清義> 728
1. 低速電子回折の特徴 728
2. LEEDパターンの観察 729
3. LEEDパターンと表面構造の周期 730
4. 回折強度の測定 731
4.1 実験I-V曲線測定上の注意 731
4.2 LEEDパターン撮影上の注意 731
4.3 実験I-V曲線による構造の同定 732
5. 表面結晶構造解析 733
5.1 回折ビームの強度変化の計算 733
5.2 実験I-V曲線と理論I-V曲線の一致度の比較 733
5.3 LEEDによる構造解析の例 734

第7節 反射高速電子回折 (RHEED) <堀尾吉巳> 738
まえがき 738
1. RHEED装置 738
2. RHEED図形の成立ち 738
3. 微傾斜表面形態に対するRHEED図形 739
あとがき 741

第8節 透過電子顕微鏡 (TEM) <及川哲夫> 742
まえがき 742
1. 透過電子顕微鏡 (TEM) の原理 742
1.1 微細形態観察法 742
1.2 エネルギー分散型X線分光 (EDS) 法 743
1.3 電子エネルギー損失分光 (EELS) 法 743
2. 透過電子顕微鏡 (TEM) の応用例 744
2.1 高分解能電子顕微鏡像観察法の応用 744
2.2 電子回折法の応用 745
2.3 EDS, EELS分析法の応用 746
あとがき 746

第9節 走査電子顕微鏡 (SEM) <小野昭成> 747
まえがき 747
1. 表面形態の観察 747
2. 内部形態の観察(断面観察) 747
3. 組成像の観察 748
4. 結晶情報の取得 748
5. その他の観察法とプローブ電流 749
6. 絶縁物試料の観察 750
7. 各種SEMの特徴 751
7.1 電子銃 751
7.2 対物レンズ 751
7.3 解像力 752

第10節 走査トンネル顕微鏡 (STM) <佐藤智重> 754
1. STMの概要とその装置 754
2. 清浄表面のSTM像 754
3. 温度可変STM 754
3.1 高温観察 754
3.2 低温観察 755
4. トンネル分光 (STS) 755
5. 原子追跡STM 756
5.1 シリコン原子の拡散現象の観察 756
5.2 AT-STMによる拡散シリコン原子の追跡 757
6. 表面加工マニピュレーション 758
7. 各種材料のSTM観察 758
7.1 半導体表面 758
7.2 金属表面 758
7.3 酸化物表面 758
8. その他のSTM手法 759
8.1 電気化学STM 759
8.2 STM発光分光 759
8.3 多探針STM 759
8.4 スピン偏極STM 759

第11節 走査透過電子顕微鏡 (STEM) <及川哲夫> 761
まえがき 761
1. 走査透過電子顕微鏡 (STEM) 法の原理 761
1.1 明視野法 (BFI) 761
1.2 暗視野法 (DFI) 762
2. STEMの応用例 762
2.1 STEMによる高分解能観察 762
2.2 エネルギー分散型X線分光法 (EDS) と組み合わせたSTEMの元素マッピング 762
2.3 電子エネルギー損失分光法 (EELS) と組み合わせたSTEMの元素マッピング 763
あとがき 764

第12節 反射電子顕微鏡 (REM)法 <箕田弘喜> 765
まえがき 765
1. REM法とは 765
2. REM法における寸づまりの計算 765
3. REM法の特徴 766
4. REM法の応用 767
あとがき 768

第13節 偏光顕微鏡 <朝倉健太郎> 770
まえがき 770
1. 偏光顕微鏡の歴史 770
2. 偏光の基礎 771
2.1 白色光と偏光 771
2.2 偏光素子(偏光プリズムと偏光板) 771
3. 偏光顕微鏡の構造 772
3.1 偏光顕微鏡の原理 772
3.2 直交ニコルと平行ニコル 773
3.3 オルソスコープ観察 773
3.4 コノスコープ観察 774
4. 結晶の光学的特性 774
4.1 光学的等方性(一軸性結晶) 774
4.2 光学的異方性(二軸性結晶) 775
4.3 リターデーション(光路差) 775
5. 偏光顕微鏡の用途例 775
5.1 岩石・鉱物・ガラス薄片,宝石鑑定 776
5.2 液晶・高分子材料 777
5.3 医療・生物分野 777

第14節 ダイナミックモードAFM <山田啓文> 779
まえがき 779
1. 間欠接触モードAFM (AM-AFM) 779
2. 非接触モードAFM (FM-AFM) 780
3. 非接触動作と間欠接触動作の比較 781
4. 表面電位計測への応用 783

第18章 質量分析法 <藤井敏博> 787
はじめに 787
第1節 質量分析法とその原理 787
1. 歴史的背景 787
2. マススペクトル 788
3. イオン化法 789
3.1 電子衝撃イオン化法 789
3.2 化学イオン化法 789
3.3 スプレー法 789
3.4 レーザー照射法 789
3.5 電界イオン化法 790
3.6 高速原子衝撃法 790
4. 現状と利用 790

第2節 質量分析計の種類・特徴 791
まえがき 791
1. 磁場型質量分析計 791
2. 四重極型質量分析計 793
2.1 QMSの原理 794
3. イオントラップ型質量分析計 795
4. 飛行時間質量分析計 (TOFMS) 796
4.1 TOFMSの誕生 796
4.2 特徴・用途 797
4.3 TOFMSの原理 797
4.4 エネルギー収束 798
4.5 高速時間計測法 798
4.6 検出器 798
5. フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析法 (FTMS) 799

第3節 試料導入系 800
1. 直接試料導入法 800
2. バッチ式試料導入法 800
3. 固相マイクロ抽出法 (SPME) 800
4. クロマトプローブ法 801

第4節 GC-MSとLC-MS(分離装置と結合したMS) 801
1. GC-MS(ガスクロマトグラフ質量分析計) 801
2. GC-HRMS(ガスクロマトグラフ高性能二重収束型質量分析装置) 801
3. GC-TOFMS(ガスクロマトグラフ飛行時間質量分析計) 801
4. LC-MS(液体クロマトグラフ質量分析計) 802
5. LC-TOFMS(液体クロマトグラフ飛行時間質量分析計) 802
6. 可搬型GC-MS 802
6.1 フィールド可搬型GC-MS 803

第5節 タンデム質量分析法 803
1. タンデム質量分析法とは 803
2. GC-MS/MS 804
3. GC-イオントラップ 804
4. LC-MS/MS 804
5. LC-イオントラップMS 805
6. ハイブリッドMS/MS 805

第6節 イオン付着質量分析法 805
1. 新しい質量分析法の出現 805
2. リチウムイオン付着質量分析法 806
2.1 原理 806
2.2 装置 806
2.3 性能 807
2.4 特徴 807
2.5 測定例 807
2.6 低圧のIAMS 808
2.7 今後の用途 810

第19章 有機物・無機物の分析例 813
第1節 有機吸着物 813
【1】 高分解能電子エネルギー損失分光法 (HREELS) による有機吸着物の分析例 <奥山弘> 813
1. 高分解能電子エネルギー損失分光法 (HREELS) 813
2. Pb (110) 表面に吸着したエチレン分子 813
2.1 振動モードの同定 814
2.2 表面との相互作用の大きさ 815
2.3 吸着構造1-対称性 816
2.4 吸着構造2-配向 816
2.5 吸着位置 818
2.6 水素の共吸着効果 818
あとがき 820

【2】 昇温脱離法 <(故)豊嶋勇> <田中勝己> 821
まえがき 821
1. 昇温脱離 821
1.1 脱離スペクトルの解析 822
1.2 脱離の次数と活性化エネルギー 822
1.3 ガスクロマトグラフ装置による解析 823
2. 装置 824
2.1 試料温度制御と加熱方法 824
2.2 脱離ガスの検出とその同定 824
3. 角度分解型昇温脱離装置 824
あとがき 827

第2節 セラミックス・高分子 828
【1】 セラミックス <副島啓義> 828
まえがき 828
1. 分析・計測項目 828
2. 分析・計測法 830
3. 分析例 830

【2】 半導体・高分子 <吉川正信> 833
まえがき 833
1. 全反射法による薄膜・表面分析 834
2. 高感度反射法による金属表面の分析 837
3. 表面電場の増強を利用する表面分析法 838
4. 共鳴ラマン効果を利用した薄膜・表面分析法 839
5. シリコン酸化膜の構造解析 841
6. 表面層の深さ方向分析 845
7. 今後の課題 846

第20章 その他の分析法および測定法 847
第1節 電気的量の測定 <筒井一生> 847
1. 表面電位 847
1.1 振動容量型電位計 847
1.2 ケルビン法 848
1.3 走査ケルビンプローブ顕微鏡 848
2. 仕事関数 849
2.1 電子の励起放出による測定法 849
2.2 ケルビン法による測定 849
2.3 その他の方法 850
3. 表面電気伝導 850
3.1 四探針法による測定 851
3.2 四探針法による表面電気伝導測定上の注意 851

第2節 力学量の測定 853
【1】 表面張力 <藤井定美> 853
まえがき 853
1. 表面張力の表出 853
1.1 表面張力における液体と固体との関係 853
1.2 表面張力による形状の安定 855
2. 表面張力発生のメカニズム 855
2.1 表面自由エネルギー 856
2.2 分子力 856
3. 表面張力測定法 857
3.1 液体の表面張力測定法 857
3.2 固体の表面張力測定法 860

【2】 硬さ試験(ブリネル硬さ,ビッカース硬さ,微小硬さ,ロックウェル硬さ,マルテンス硬さ) <巳波裕一> 862
1. 硬さとは 862
2. 構造鈍感性と構造敏感性 862
3. 硬さの種類 862
3.1 ブリネル硬さ 863
3.2 ビッカース硬さ 863
3.3 微小硬さ 865
3.4 ロックウェル硬さ 866
4. 計装化押込み試験 867
4.1 マルテンス硬さ 868
4.2 押込み硬さ 869
4.3 その他の特性値 869
あとがき 869

第3節 反応性脱離と物理化学測定 <松島竜夫> 870
まえがき 870
1. 平衡系の脱離分布 870
2. 表面分子のエネルギー緩和と脱離 870
3. 非平衡系の脱離分布 870
4. 脱離分布の表現 871
5. 角度分解測定と真空技術 872
6. 並進速度分布 872
7. 反発性脱離 873
7.1 会合脱離型 873
7.2 分解脱離型 874
7.3 リディールーイーレイ型 874
8. 内部エネルギーの角度分解測定 875

第4節 幾何学的形状の測定 877
【1】 比表面積 <武井孝> 877
1. 幾何学的形状と表面積 877
2. 表面積算出の原理 877
3. 気相吸着法 877
4. 液相吸着法 878
5. 表面フラクタル次元 879

【2】 探傷試験 881
《2-1》 浸透探傷試験 <鈴木尚美> 881
まえがき 881
1. 浸透探傷法の原理 881
2. 浸透探傷法の特徴 881
3. 浸透探傷法の種類 881
3.1 水洗性浸透探傷試験 881
3.2 溶剤除去性浸透探傷試験 882
3.3 後乳化性浸透探傷試験 882
4. 現像剤 883
4.1 速乾式現像剤 883
4.2 湿式現像剤 883
4.3 乾式現像剤 883
4.4 その他の現像法 883
5. 浸透液の識別性 884
5.1 染色浸透探傷試験 884
5.2 蛍光浸透探傷試験 884
6. 試験方法の選択 884
7. 溶剤除去性染色浸透探傷試験の手順 884
7.1 前処理 884
7.2 浸透処理 884
7.3 除去処理 885
7.4 現像処理 885
7.5 観察 885
7.6 後処理 885
8. 溶剤除去性染色浸透探傷試験の問題点 885

《2-2》 磁粉探傷試験 <加藤光昭> 887
まえがき 887
1. 磁粉法の原理と特徴 887
1.1 原理 887
1.2 特徴 887
2. 磁粉模様の形成に及ぼす因子 888
3. 磁粉法の手順 889
3.1 前処理 889
3.2 磁化 890
3.3 磁粉の適用 890
3.4 観察 891
あとがき 891

《2-3》 渦電流探傷試験 <小井戸純司> 892
1. 渦電流探傷試験の概要 892
2. 渦電流探傷試験の原理と特徴 892
2.1 原理 892
2.2 渦電流探傷試験に影響を与える因子 893
2.3 磁性ノイズ 893
2.4 渦電流試験の特徴 894
3. 試験コイルと試験装置 894
3.1 試験コイル 894
3.2 試験装置 895
4. 探傷試験の実際 897
4.1 鋼管の渦電流探傷試験 897
4.2 非磁性管の内挿コイル渦電流探傷試験 897
4.3 航空機における上置コイル渦電流探傷試験 897

【3】 表面粗さ <沢辺雅二> 898
1. 表面粗さの測定の概要 898
2. 表面粗さのパラメーター 898
2.1 高さ方向のパラメーター 898
2.2 横方向パラメーター 900
2.3 複合パラメーター 900
2.4 負荷曲線および確率密度 901
2.5 その他のパラメーター 902
3. 触針式表面粗さ測定機と性能 902
3.1 検出器 903
3.2 触針先端半径 904
3.3 輪郭曲線フィルター 905
3.4 測定長さ(触針がたどる長さ)の条件 906
4. 極微細表面形状測定器 906
5. 走査プローブ顕微鏡 907
6. 光波干渉法による面形状測定 908
6.1 光波干渉 908
6.2 顕微干渉計 909
6.3 縞走査干渉法 910
6.4 ヘテロダイン干渉法 911
6.5 シアリング干渉法 911
7. 光触針による面形状測定 912
7.1 非点収差法 912
7.2 臨界角法 912
7.3 フーコー法 913
8. 反射散乱法による測定 913

第5節 界面強度の測定 <大塚寛治> 916
1. ピール強度法 916
2. せん断応力法 917
3. せん断応力法による実測例 919
あとがき 919

第6節 温度の測定 <角田直人> <山田幸生> 920
まえがき 920
1. 温度と伝熱現象 920
1.1 熱と温度 920
1.2 熱伝導 920
1.3 対流熱伝達 921
1.4 放射熱伝達 921
1.5 相変化に伴う熱伝達 921
2. 測定方法 921
2.1 接触式 922
2.2 放射温度計 924
2.3 その他の測定法 925
あとがき 926

第7節 熱分析 <副島啓義> 928
まえがき 928
1. 熱重量測定 (TG) 928
1.1 原理・装置 928
1.2 応用 929
2. 示差熱分析 (DTA) 929
2.1 原理・装置 929
2.2 応用 929
3. 示差走査熱量測定 (DSC) 930
3.1 原理・装置 930
3.2 応用 930

第8節 NMRおよびESR 931
【1】 固体核磁気共鳴 (NMR) <浅野敦志> 931
まえがき 931
1. ナイロン6/クレイ複合体中の低分子有機化合物の状態解析 931
2. ナイロン6/クレイ複合体のモルフォロジー 933
3. PMAA/PVAcブレンド 935
あとがき 937

【2】 電子スピン共鳴 (ESR) <池谷元伺> 939
まえがき:表面・界面,ナノ粒子 939
1. 電子スピン共鳴 (ESR) の原理 939
1.1 ESRの原理説明のイラスト 939
1.2 ゼーマン効果 940
1.3 g因子の値とその異方性 940
1.4 微細構造 (fs) 940
1.5 超微細構造 (hfs), 超超微細構造 (shfs) 940
1.6 線幅と緩和時間:パルスESR 941
2. 表面・界面,ナノ粒子のESR 941
2.1 ESRパラメーターの変化 941
2.2 ESR定量分析:表面と内部の不対電子 941
3. SiO2とZrO2ナノ粒子のESR 942
4. マイクロ波走査型ESR顕微鏡 942
4.1 磁場勾配法による磁気共鳴画像 (MRI) 942
4.2 ESR走査型顕微鏡 942
4.3 CVDフィルムのダングリングボンド濃度分布画像 942
4.4 走査型プローブの分解能 943
4.5 原子1個のESR (STM-ESR) 944
あとがき 944

第21章 界面電気現象の測定法 <尾崎正孝> 945
はじめに 945
第1節 電気二重層 945
1. コロイド粒子の帯電の機構 945
2. 電気二重層のモデル 945
3. 拡散電気二重層の構造 946

第2節 電気毛管現象と微分容量 947
1. 電気毛管現象 947
2. 微分容量 948
3. 油-水界面の電気毛管現象 948
4. 電気乳化 949

第3節 界面動電現象の測定 949
まえがき 949
1. 流動電位・流動電流法 949
2. 電気泳動 950
2.1 界面移動法 951
2.2 静止レベル 951
2.3 市販の電気泳動装置の概要 952
3. 沈降電位法 953
4. 超音波振動電位法とESA法 954
5. 平板界面のゼータ電位の測定 955
6. ゼータ電位と微粒子表面の物理化学 955
6.1 等電点 955
6.2 ゼータ電位とZ.P.C. 955
6.3 表面の酸基の強さの決定 956
6.4 界面活性剤の吸着と吸着エネルギーの決定 956
7. 電気泳動の測定標準試料と測定上の注意 957
8. 非水系の電気泳動 957

第4節 気液界面の表面電位 958
1. 表面電位 958
2. 表面電位の測定法 958
2.1 振動電極法 958
2.2 イオン化法 959

第22章 分析のための周辺技術-真空技術 <藤井定美> 961
はじめに 961
第1節 真空と表面分析 961

第2節 真空の基礎 963
1. 真空をつくる 963
2. 水蒸気分圧と相対湿度の関係 963
3. 気体の流れ 964

第3節 真空用材料 966
まえがき 966
1. 構造物としての強度の問題 966
2. 真空システム特有の問題 967

第4節 真空度測定 974
まえがき 974
1. 圧力の種類 974
2. 真空測定器の種類と測定範囲 974
3. 測定器各論 976
3.1 マクレオドゲージ 976
3.2 熱伝導型 976
3.3 電離真空計 978
3.4 冷陰極型真空計 983
3.5 運動量移動量型真空計 984
4. 真空計の取付け法 984
5. 真空計の精度 985

第5節 高真空排気システム 987
まえがき 987
1. 真空ポンプの種類とその使用範囲 987
2. ポンプ各論 989
2.1 汕回転ポンプ 990
2.2 汕拡散ポンプ 992
2.3 ルーツブロアーポンプ 995
2.4 スクロール真空ポンプ 997
2.5 ターボ分子ポンプ 998
2.6 クライオポンプ 1000
2.7 ゲッターポンプ類 1002
3. 真空弁 1005
4. 運動導入器および電流端子 1007
5. 配管接続部品 1009
6. 漏れ試験 1009

第23章 分析のための前処理技術と分析表面への影響 1011
第1節 分析のための前処理技術 1011
【1】 超平滑研削・研磨 <大森整> 1011
まえがき 1011
1. ELID(エリッド)研削法 1011
2. インフィード方式による鏡面研削 1011
3. 大口径基板のロータリー鏡面研削 1013
4. デバイス基板の薄厚鏡面研削 1014
5. ラップ方式による鏡面研削 1015
5.1 ELID研削用メタルレスボンド砥石の開発 1015
5.2 基礎加工特性 1016
5.3 ELID研削用メタルレスボンド砥石の評価 1017
5.4 #60000メタルレス砥石の加工特性 1018
6. 磁性流体研磨法および加工特性 1018
あとがき 1021

【2】 プラズマ処理 <雨宮宏> 1022
まえがき 1022
1. 放電洗浄 1022
1.1 微小物体の洗浄 1022
1.2 放電管のプラズマ処理 1022
1.3 大型容器の放電洗浄 1022
2. プラズマ源 1023
2.1 直流放電 1023
2.2 高周波放電(RFプラズマ) 1023
2.3 マイクロ波プラズマ 1024
2.4 その他のプラズマ 1026
3. 放電洗浄の機構 1026
4. 原子分子過程 1028
あとがき 1028

【3】 ドライ洗浄,エッチング,その他 <藤井定美> 1030
まえがき 1030
1. 試料の材料的違いと,利用される洗浄法の関係 1030
2. 加熱法 1030
2.1 抵抗加熱法 1030
2.2 赤外線法 1032
2.3 レーザー加熱法 1032
2.4 電子衝撃加熱法 1032
3. 紫外線洗浄 1032
3.1 真空容器壁の清浄化 1033
3.2 紫外線による密閉空間の清浄化 1034
4. 低温プラズマ洗浄 1035
5. スパッタリング法 1035
6. 化学洗浄 1036
7. 研摩 1037
8. へき開 1037
9. Gaビーム,Siビーム 1037
10. 金属造影法および薄形レプリカ法 1037
11. フリーズエッチング法 1039

第2節 雰囲気,および建物・装置構成材料からの有機物による固体表面への影響 <石割修一> 1042
まえがき 1042
1. 雰囲気中の有機物 1042
2. 雰囲気中有機物の固体表面への吸着 1043
2.1 微量吸着有機物の測定法 1043
2.2 測定結果 1043
2.3 多成分有機物の吸着現象の解析 1045
3. プラスチック材からの揮発有機物による固体表面への影響 1046
3.1 シーリング材 1047
3.2 床材 1047
3.3 パッキング材 1047
あとがき 1049

第24章 表面・界面の設計理論 <制野かおり> 1051
はじめに 1051
第1節 第一原理計算 1052
まえがき 1052
1. 計算手法の基礎 1052
2. 表面・界面への適用 1053

第2節 STMシミュレーションを用いた表面における吸着構造の解析 1054
まえがき 1054
1. STM像のシミュレーション 1054
2. Ge (001) 表面上のAg原子吸着 1054

第3節 化学ポテンシャルを用いた安定性の評価 1057
まえがき 1057
1. ギブスの自由エネルギーと化学ポテンシャル 1057
2. 化合物系:GaAs (001) 表面を例として 1058
3. 吸着系:ピロール/Si (001) を例として 1060

第4節 第一原理計算による表面光学特性の評価 1062
まえがき 1062
1. 第一原理計算における定式化 1063
2. 計算例:Si (001) 表面における清浄表面および吸着表面のRAスペクトル 1063

索引 1067