光オペランド摩擦解析による界面ダイナミクスの解明

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トライボロジー技術の向上による摩擦損失の削減は、温暖化ガス排出量抑制の重要手段として期待されている。この摩擦力の発生要因は、二つの材料間の分子間力であることが知られている。我々は、原子、ナノスケールにおいて、光照射による分子間力の変化で、摩擦力を制御可能であることを発見した。真空中では、光照射の有無により、瞬時に可逆的に摩擦力が変化し、一方、液中では光照射による摩擦力変化は、長時間保持されることを見出すなど、光によって熱的な摩擦変化とは相違するメカニズムが存在することを突き止めていた。そこで、本研究では、光の波長・強度を変化させながら摩擦現象を解析する「光オペランド摩擦解析」手法を提案・導入し、光による材料表面電子励起・化学反応と摩擦係数との相関を系統的に実験検証し、光による摩擦ダイナミクスの学理構築を目的とする。本年度は、コンビナトリアルスパッタ装置を用いて、成膜条件であるスパッタガス中の酸素分圧を変えることで結晶配向性の異なる多種TiO2薄膜を作製し、それらの大気および真空中における摩擦係数を評価した。摩擦係数は膜によって変化したが、その中において真空中で低摩擦特性を有するTiO2薄膜について、昨年度開発したマクロレベルの光オペランド摩擦解析装置を使用し、真空環境下で摩擦係数の光照射波長依存性を評価した。光波長を500nmから900nmまで変化させながら摩擦係数を測定した結果、光波長700nm付近に摩擦力が低減する領域があることを突き止めた。