C60封入グラファイトの摩擦力と封入されたC60分子の分子運動

サッカーボール状のフラーレン分子であるC_<60>の単分子膜を挟んだグラファイトシートの間の動摩擦力(平均摩擦力)はほぼゼロである超潤滑となることが見出されている。本研究の目的は、この超潤滑の発現のメカニズムを明らかにすることである。昨年度より、原子間力顕微鏡(AFM)と水晶マイクロバランス(QCM)を組み合わせたエネルギー散逸顕微鏡の開発を行ってきた。この装置では、AFMのカンチレバーの探針と横ずれ振動をしている水晶振動子表面上の基板試料とを接触させ、QCMにより試料-探針間の動摩擦によるエネルギー散逸を測定する。2つの測定法の組み合わせにより、AFMによりnNレベルの垂直荷重を制御した上で、QCMによるエネルギー散逸像の測定が可能となる。さらに開発した装置はピエゾを用いることによりナノスケールの分解能も持つ。今回、この装置により、水晶振動子表面に貼り付けたグラファイト(HOPG)基板を試料としたエネルギー散逸の基板振幅及び荷重依存性の測定に初めて成功した。本測定には水晶振動子に3.26MHzのAT-CUT水晶、探針にSII製の自己検出型カンチレバーNPX1CTP003を用いた。測定の結果、グラファイト基板のエネルギー散逸は探針との接触の際に大きくなること、接触後1400nNまでの荷重の変化に対してエネルギー散逸がほぼ一定を保つことが明らかとなった。これは、摩擦力が荷重に比例しないことを意味する。また、エネルギー散逸の大きさは水晶振動子の基板振幅0.06nmから40nmまでの変化に対して、0.4nmでほぼ最大となる振幅依存性を示した。これは摩擦力が速度に依存しない定摩擦でも、速度に比例した粘性摩擦でもないことを意味している。これらの測定結果を解析することにより、本研究が超潤滑のメカニズムの解明へ寄与することが期待される。

サッカーボール状のフラーレン分子であるC_<60>の単分子膜を挟んだグラファイトシートの間の動摩擦力(平均摩擦力)はほぼゼロである超潤滑となることが見出されている。本研究の目的は、この超潤滑の発現のメカニズムを明らかにすることである。昨年度より、原子間力顕微鏡(AFM)と水晶マイクロバランス(QCM)を組み合わせたエネルギー散逸顕微鏡の開発を行ってきた。この装置では、AFMのカンチレバーの探針と横ずれ振動をしている水晶振動子表面上の基板試料とを接触させ、QCMにより試料-探針間の動摩擦によるエネルギー散逸を測定する。2つの測定法の組み合わせにより、AFMによりnNレベルの垂直荷重を制御した上で、QCMによるエネルギー散逸像の測定が可能となる。さらに開発した装置はピエゾを用いることによりナノスケールの分解能も持つ。今回、この装置により、水晶振動子表面に貼り付けたグラファイト(HOPG)基板を試料としたエネルギー散逸の基板振幅及び荷重依存性の測定に初めて成功した。本測定には水晶振動子に3.26MHzのAT-CUT水晶、探針にSII製の自己検出型カンチレバーNPX1CTP003を用いた。測定の結果、グラファイト基板のエネルギー散逸は探針との接触の際に大きくなること、接触後1400nNまでの荷重の変化に対してエネルギー散逸がほぼ一定を保つことが明らかとなった。これは、摩擦力が荷重に比例しないことを意味する。また、エネルギー散逸の大きさは水晶振動子の基板振幅0.06nmから40nmまでの変化に対して、0.4nmでほぼ最大となる振幅依存性を示した。これは摩擦力が速度に依存しない定摩擦でも、速度に比例した粘性摩擦でもないことを意味している。これらの測定結果を解析することにより、本研究が超潤滑のメカニズムの解明へ寄与することが期待される。