水は撥水面上をすべらないことを実証 ~流体の「すべり」現象を正確に捉える新規計測法~

2026-05-20 九州大学

九州大学工学研究院の手嶋秀彰准教授らの研究グループは、撥水面では水が大きく滑るという従来の通説を覆し、「水は撥水面上でもほとんど滑らない」ことを実験的に実証した。研究では、周波数変調型原子間力顕微鏡(FM-AFM)を基盤に、流体の滑りやすさを示す「すべり長さ」と表面微細構造を同時にナノメートル精度で測定できる新手法を開発。従来法の159倍の感度を達成し、信頼性の高い物性評価を可能にした。各種表面を測定した結果、水のすべり長さは濡れ性に依存せずほぼゼロであり、例外的にグラファイト表面では純水中で大きな滑りが確認されたが、電解質水溶液中では消失した。これらはシミュレーション結果と一致しており、従来観測されていた大きな滑りは、表面凹凸やナノバブルによる「見かけのすべり」だった可能性が示された。成果は海水淡水化膜、冷却デバイス、環境発電装置などの高性能表面設計への応用が期待される。

水は撥水面上をすべらないことを実証 ~流体の「すべり」現象を正確に捉える新規計測法~
すべりと表面形状を同時にマッピングする新規原子間力顕微鏡法。

<関連情報>

疎水性は水の滑りに影響を与えない:滑り長さマッピングからの知見 Hydrophobicity Does Not Affect Water Slip: Insights from Slip Length Mapping

Haruya Ishida,Koji Takahashi,Vishwanath Ganesan,Nenad Miljkovic,and Hideaki Teshima
Nano Letters  Published: May 15, 202
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c01403

Abstract

While slip at solid–water interfaces has attracted broad interest, slip lengths reported in experiments─especially on hydrophobic surfaces (i.e., contact angles >90°)─vary widely due to surface topographical and chemical heterogeneity, hindering quantitative understanding of the true slip length. Using highly sensitive frequency-modulation atomic force microscopy, we achieved simultaneous nanoscale mapping of slip length and surface topography, with a 159-fold improvement in slip length detection sensitivity. True slip lengths measured on flat regions of various substrates were found to be almost zero, following a scaling rule predicted by molecular dynamics simulations. As the only exception, a large slip length of 43.2 ± 5.8 nm was measured on graphite in deionized water, but it vanished upon immersion in electrolyte solutions. This unique behavior was rationalized by graphite’s atomic-scale smoothness, chemical homogeneity, and ion adsorption. Our method experimentally advances a unified picture of fluid slip.

1701物理及び化学
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