高硬度・超低摩擦薄膜創成に向けた先進カーボン材料複合薄膜の研究

先进碳材料复合薄膜研究，打造高硬度、超低摩擦薄膜

• 批准号: 10J08113
• 负责人: 松本 直浩
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J08113/
• 关键词: カーボンオニオン; プラズマイオン注入; ナノ粒子薄膜; トライボロジー; 集積化; ダイヤモンドライクカーボン; 複合薄膜

本研究ではカーボンオニオン(OLC)の高硬度・超低摩擦薄膜の創成を目的として、OLCの薄膜強度を向上させることで、特に高負荷の摩擦環境下で使用できる固体潤滑膜の形成を目的としている.研究期間の最終年度である本年度は、主にプラズマイオン注入法(PBII)により初めて形成された,OLC集積ナノ粒子薄膜の機械特性についてナノインデンター等を用いて解析した.イオン注入によりAg内部において形成したOLCは,Agをゆっくりと昇華させることでSi基板上で集積薄膜化され、またその薄膜構造は鋭い粒度分布を有し,部分的に粒子が細密充填化されることが確認されている.このことは,OLC粒子間の相互作用が比較的弱いファンデルワールスカによることを示唆する.集積薄膜のインデンテーション硬さおよび圧縮弾性係数は,押し込み深さ50nm付近まではほぼ一定であり,70nm付近ではSi基板の影響を受けて値の上昇が見られる.すなわち供試試料の膜厚200nmを考慮すると,押し込み深さ50nm付近まで基板の影響がほぼ見られずインデンテーション硬さおよび圧縮弾性係数はそれぞれ,1.5GPa,、57GPaと見積もられた.このように樹脂等をバインダーとして用いない,純粋なファンデルワールスカにより支持されるナノ粒子薄膜として高い値を示すことが明らかとなった.このようにPBIIにより形成したOLC集積ナノ粒子薄膜において,粒子間のファンデルワールスカによる弱い束縛と鋭い粒径分布を持つことにより,ナノ粒子集積度が極めて高くなることで,特徴的な機械特性が発現することが初めて明らかとなり、さらにOLCナノ粒子固有の固体潤滑性を併せ持つことによる、高耐久性と潤滑性を有した新しい潤滑システムを創成した.今後、成膜の大規模化によって実産業界における活用が期待される.

The purpose of this study is to improve the film strength of OLC and the formation of solid lubricating film under high load and friction environment. The final year of the study period is the year of analysis of the mechanical properties of particle thin films deposited by OLC, mainly by PBII. Ag is deposited on Si substrate and thin film structure is formed. The particle size distribution is different, and some particles are finely packed. The interaction between OLC particles is relatively weak. The hardness and compression coefficient of the integrated thin film are determined at a depth of 50nm and increased at a depth of 70nm due to the influence of Si substrate. The film thickness of the test material is 200nm, and the influence of the substrate on the film thickness is 50nm. The film thickness is 1.5 GPa, 57GPa and the compression coefficient is 1.5 GPa. This is the first time that a film has been produced. PBII is formed by OLC aggregation. Particle thin films are formed by OLC aggregation. Particle size distribution is weak and sharp. Particle aggregation is extremely high. Mechanical properties of OLC particles are developed. Solid lubricity is inherent in particles. High durability and lubricity are new and innovative. In the future, large-scale film formation will be expected in the industrial field.

项目成果

Fabrication of Large-area Nanoparticle Assembled Film of Carbon Onions Synthesized by Plasma-based Ion Implantation

等离子体离子注入合成洋葱碳大面积纳米颗粒组装膜的制备

• 发表时间: 2011
• 作者: N. Matsumoto;J. Choi and T. Kato
• 通讯作者: J. Choi and T. Kato

PBIIを用いたAg表面へのイオン注入によるカーボンオニオンナノ粒子薄膜の合成

使用PBII离子注入Ag表面合成碳洋葱纳米粒子薄膜

• 发表时间: 2012
• 作者: 河合喬文;阿部秀樹;岡良隆;岡崎善弘・松田文子;岡崎善弘;岡崎善弘;岡崎善弘;岡崎善弘;岡崎善弘;岡崎善弘・松田文子;松田文子・岡崎善弘;秋山徹;秋山徹;秋山徹;秋山徹;秋山徹;秋山徹;Akiyama Tetsu;秋山徹;秋山徹;AKIYAMA Tetsu;松本直浩;松本直浩;松本直浩
• 通讯作者: 松本直浩

カーボンオニオン集積ナノ粒子薄膜の摩擦特性および機械的性質

碳洋葱集成纳米粒子薄膜的摩擦性能和力学性能

• 发表时间: 2012
• 作者: 河合喬文;阿部秀樹;岡良隆;岡崎善弘・松田文子;岡崎善弘;岡崎善弘;岡崎善弘;岡崎善弘;岡崎善弘;岡崎善弘・松田文子;松田文子・岡崎善弘;秋山徹;秋山徹;秋山徹;秋山徹;秋山徹;秋山徹;Akiyama Tetsu;秋山徹;秋山徹;AKIYAMA Tetsu;松本直浩
• 通讯作者: 松本直浩

Understanding Lubrication Mechanism of Colloidal Boron Nitride Particles

了解胶体氮化硼颗粒的润滑机制

• 发表时间: 2010
• 作者: 河合喬文;阿部秀樹;岡良隆;岡崎善弘・松田文子;岡崎善弘;岡崎善弘;岡崎善弘;岡崎善弘;岡崎善弘;岡崎善弘・松田文子;松田文子・岡崎善弘;秋山徹;秋山徹;秋山徹;秋山徹;秋山徹;秋山徹;Akiyama Tetsu;秋山徹;秋山徹;AKIYAMA Tetsu;松本直浩;松本直浩;松本直浩;松本直浩;松本直浩;N.Matsumoto
• 通讯作者: N.Matsumoto

Carbon onion growth induced by low-energy CH_4 plasma ion implantation into silver thin film

低能CH_4等离子体离子注入银薄膜诱导碳洋葱生长

• 发表时间: 2011
• 作者: N. Matsumoto;J. Choi;T. Kato;松本直浩
• 通讯作者: 松本直浩