原子間相互作用力の測定によるダイヤモンド状薄膜の固体超潤滑機構の解明

• Project/Area Number: 05750121
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 機械工作・生産工学
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 豊田 洋通 愛媛大学, 工学部, 助手 (00217572)
• Project Period (FY): 1993
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1993)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1993: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 原子間力 / ダイヤモンド / ダイヤモンド状膜 / 超高真空 / 摩擦 / 境界潤滑 / ガス分子 / 相互作用力

Research Abstract

1 ガス雰囲気制御可能固体間微少摩擦力測定装置の作製
高真空中での基板処理により清浄化されたダイヤモンド状薄膜表面に水素ガス分子、窒素分子、あるいはその他の分子を原子層オーダーで吸着させ、ある定温度のもとで低加重での膜間の摩擦力を測定することのできる装置を製作した。また、超高真空中で0.1muNの相互作用力を測定できる装置も作製した。どちらの装置も順調に動作し、雰囲気制御のもとでの摩擦力および相互作用力の測定が可能となった。
2 純ガス雰囲気中でのダイヤモンド状膜の境界潤滑特性の測定
ダイヤモンド状膜の純水素・窒素ガス雰囲気中での境界潤滑特性が明らかとなった。水素ガス分子は容易にダイヤモンド状膜の内部に吸蔵されるがガス分子を介しての膜間の摩擦力は大きく、ガス分子と膜との結合力も弱い。窒素ガス分子はダイヤモンド状膜の表面で強固に化学結合し、しかも膜間の摩擦力を低減させる(mu=0.01)。これにより、水素ガスよりも窒素ガスの希薄吸着状態がダイヤモンド状膜の極低摩擦に寄与することがわかった。
3 超高真空中での原子間相互作用力の測定
超高真空中での同種金属間の相互作用力の測定ができた。力の大きさは0.1muNオーダーであり、凝集エネルギーから予想される力と同じオーダーであった。これは原子100個分の力に相当する。また、力の大小は凝集エネルギーの大小と一致し、本測定装置により固体清浄表面間の相互作用力の測定が可能であることが実証された。今後はダイヤモンド状膜を超高真空中でのArイオンエッチング処理により清浄化を行い、各種雰囲気中での相互作用力の測定を行う。