In this work, we demonstrate contact electrification with peak force tapping atomic force microscopy (AFM). In comparison to friction force microscopy, this method offers vertical motion of tip with direct force control minimizing lateral forces. This mode was used in order to investigate the magnitude of charging as changing the writing conditions such as loading force, and the number of tapping without changing lateral force. The measured surface potential shows that charges can be generated much more as increasing contact force and the number of tapping. We also explored the accumulation of triboelectric charges by measuring tip-sample current. The results show that current increases and eventually reaches saturation value while the slope of it decreases as a function of time implying dissipation of surface charges. This trend is also verified by detecting different surface potential and current profiles depending on hydrophilicity of sample surface. Since uv-radiation generates formation of hydroxyl group making tribocharges dissipate quickly, uv-radiated samples shows less trapped charges and lower variation of cycle-averaged current. This work would provide a new method to investigate triboelectrification, especially controlling magnitude of charge transfer with reduced damage to sample surface and quantifying accumulation rate of tribocharges depending on surface properties of materials.
본 연구에서는 마찰전기 현상의 연구에 있어 기존의 마찰력에 기반한 측정 방식이 아닌 최대 힘 두드림 방식을 이용해 물질 표면에 힘을 가하며 달라지는 전하의 양을 표면 포텐셜 모드와 전류로 측정하는 내용을 다루고 있다. PDMS에 가해지는 힘과 시간당 접촉 횟수를 바꾸면서 표면 포텐셜을 측정한 결과 더 큰 힘, 더 많은 접촉 횟수의 조건에서 전하가 많이 형성된 것을 볼 수 있었다. 또한, 탐침이 샘플과 접촉을 하는 동안 형성되는 마찰전하를 전류 신호로 얻어내는 실험을 진행했다. 이를 분석한 결과 시간이 지남에 따라 전류가 증가하지만 그 기울기는 점점 감소하며 전류값이 포화되어 가는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 전류 측정이 마찰 전하의 특성을 반영하는지 확인하기 위해 유기물 표면에 자외선 처리를 하여 표면 친수성 작용기를 증가시키고 측정을 시도했다. 그 결과 표면 포텐셜 측정과 전류 측정 모두 친수성 작용기에 의해 빠르게 흩어지는 표면 전하의 특성을 잘 반영해주고 있다는 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구는 전류 측정 방식 또한 마찰 전기 현상에서 전하가 모이는 현상을 연구하는데 한 가지 유용한 방법으로 쓰일 수 있음을 설명하고 있다.
