グラファイト/C60/グラファイト構造の低摩擦状態の解明

阐明石墨/C60/石墨结构的低摩擦状态

• 批准号: 12J00546
• 负责人: 井上 大輔
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J00546/
• 关键词: 摩擦; 原子間力顕微鏡; 水晶マイクロバランス; グラファイト; フラーレン

摩擦現象は身近な物理現象でありながら, そのメカニズムは未だに不明な点も多い. 近年の計測技術の発達や, 計算機を用いたシミュレーションの発展に伴い, ナノという微細なスケールから摩擦のメカニズムの解明を目指すナノトライボロジー研究が発展している.このナノトライボロジー研究は, 理学的興味のみならず工学的にも非常に重要である. ある試算によると摩擦で失われるエネルギーは国民総生産(GNP)の約3パーセント(11兆円)に上る. エネルギーを効率よく利用するためには摩擦を制御することが重要である. そのために, 微視的な視点から摩擦を理解する必要があり, そこに研究の意義がある. 本研究は, 原子間力顕微鏡(AFM)と水晶マイクロバランス(QCM)法を組み合わせた摩擦力顕微鏡を作成し, 「グラファイトやフラーレンなどの低摩擦材料(特にグラファイト/C60/グラファイト構造)の低摩擦実現のメカニズムを実験的に解明すること」を目的としている. これまでのグラファイト(Gr)基板を用いた研究から, 水晶振動子の振動振幅がGr基板のポテンシャル周期(0.25nm)よりも大きい場合は典型的な固体摩擦のような振る舞いを示すのに対して, ポテンシャル周期を下回ると急激に動摩擦力が小さくなることが明らかになっている.本年度は, AFMとQCMを用いた新測定技術を更に発展させるため, これまで用いてきたMHz帯のATカット水晶に変わり, Q値の高いSCカット水晶振動子による測定を立ち上げた. 水晶振動子のQ値の大きさは, エネルギー散逸の検出感度に関わる重要なパラメータである. 更に, 測定周波数を下げることでエネルギー散逸の検出感度の向上が見込まれたため, kHz帯の共振周波数を持つ音叉型水晶振動子を用いた測定装置も作成した. これらの振動子を用いることで, 低荷重領域における弾性変形に起因すると思われるばね定数の増加とエネルギー散逸の増加を観測した.

The friction phenomenon ながら the body is close to な the physical phenomenon であ であ ながら ながら, そ メカニズム メカニズム ながら there is no だに unknown な there are many だに points. In recent years, の measuring technology の 発 や, computer を with い た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 発 exhibition に companion い, ナ ノ と い う imperceptible な ス ケ ー ル か ら friction の メ カ ニ ズ ム の interpret を refers す ナ ノ ト ラ イ ボ ロ ジ ー research が 発 exhibition し て い る. こ の ナ ノ ト ラ イ ボ ロ ジ は ー research, The neo-confucianism of tumblers の み な ら ず engineering に も very important で に あ る. あ る trial に よ る と friction loss で わ れ る エ ネ ル ギ ー は national production (GNP) 総 の about 3 パ ー セ ン ト (&yen; 11 million) る に. エ ネ ル ギ ー を sharper rate よ く using す る た め に は friction を suppression す る こ と が important で あ る. そ の た め に, The な perspective of microvision, ら friction, を understanding する is necessary for があ を and そ そ に に to study <s:1> significance がある. This study は interatomic force 顕 micro mirror (AFM) と crystal マ イ ク ロ バ ラ ン ス method (QCM design) を group み close わ せ た friction 顕 micromirror を し consummate, "グ ラ フ ァ イ ト や フ ラ ー レ ン な ど の low friction materials (especially に グ ラ フ ァ イ ト / C60 / グ ラ フ ァ イ ト structure) の low friction be presently の メ カ ニ ズ ム を be 験 of に interpret す る こ と" を purpose と し て い る. こ れ ま で の グ ラ フ ァ イ ト (Gr) substrate を い た research か ら, Crystal oscillator の vibration amplitude が Gr substrate の ポ テ ン シ ャ ル cycle (0.25 nm) よ り も big き い occasions は typical な solid friction の よ う な vibration る dance い を shown す の に し seaborne て, ポ テ ン シ ャ ル cycle を next る と nasty shock dynamic friction に が small さ く な る こ と が Ming ら か に な っ て い る. This year は AFM と QCM design を with い た new measurement technology を more に 発 exhibition さ せ る た め, こ れ ま で with い て き た MHz 帯 の AT カ ッ ト crystal に - わ り, high Q numerical の い SC カ ッ ト crystal oscillator に よ る determination を stand on ち げ た. The <s:1> Q value <e:1> of the crystal vibrator is large さ さ タである, エネ エネ ギ ギ, <s:1>, <s:1>, <s:1>, <s:1>, <s:1>, <s:1>, 検, 検, <s:1>, 検, 検, に, に, に, に, に, に, and に are related to わる, なパラメ, and タである. Under more に, determination of cycle for を げ る こ と で エ ネ ル ギ ー dissipative の 検 out sensitivity の が see upward 込 ま れ た た め, kHz 帯 の resonance frequency count を hold つ tuning fork type crystal oscillator を with い た measurement device も made し た. こ れ ら の vibrator を with い る こ と で, In the low-load domain, the における elastic deformation に is caused by the すると thought われるばね number <s:1> increase とエネ ギ ギ <s:1> dissipation <e:1> increase を観 measurement た.

项目成果

フラーレン基板上のナノ滑り摩擦

富勒烯基底上的纳米滑动摩擦

• 作者: H. Makino;H. Song;T. Yamamoto;井上大輔，町田真悟，谷口淳子，鈴木勝，石川誠，三浦浩治
• 通讯作者: 井上大輔，町田真悟，谷口淳子，鈴木勝，石川誠，三浦浩治

光てこAFM探針と水晶振動子によるナノ滑り摩擦の測定

利用光杆AFM探针和晶体振荡器测量纳米滑动摩擦力

• 作者: 矢木 康太;加賀 充;山下 浩司;竹田 健一郎;岩谷 素顕;竹内 哲也;上山 智;赤崎 勇;天野 浩;吉原章,中村慎太郎,大沼繁弘,野島勉;井上大輔，町田真悟，谷口淳子，鈴木勝，石川誠，三浦浩治
• 通讯作者: 井上大輔，町田真悟，谷口淳子，鈴木勝，石川誠，三浦浩治

Development of a combined optical lever atomic force microscope with a quartz crystal microbalance

带石英晶体微天平的组合式光杆原子力显微镜的研制

• 作者: D. Inoue;S. Machida;Y. Ikada;J. Taniguchi;M. Suzuki;M. Ishikawa;K. Miura
• 通讯作者: K. Miura

Dynamical frictional force of nanoscale sliding

纳米级滑动的动摩擦力

• DOI: 10.1103/physrevb.86.115411
• 发表时间: 2012
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: D. Inoue;S. Machida;J. Taniguchi、M. Suzuki M
• 通讯作者: J. Taniguchi、M. Suzuki M

平坦金基板のナノ滑り摩擦

平坦金基底上的纳米滑动摩擦

• 作者: 町田真悟，井上大輔，筏有加，谷口淳子，鈴木勝，石川誠，三浦浩治