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カーボンオニオン-DLC複合膜の開発と超潤滑システムへの応用

Research Project

Project/Area Number 13J08340
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Design engineering/Machine functional elements/Tribology
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

澤井 周  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2014: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsトライボロジー / ナノ粒子 / 炭素ナノ粒子 / 水素 / アモルファスカーボン / ダイヤモンドライクカーボン / カーボンナノ粒子 / プラズマイオン注入
Outline of Annual Research Achievements

当該年度においては、昨年度において確立された集積CNP(カーボンナノ粒子)薄膜の合成手法に基づき、基板上に合成された集積CNP薄膜のトライボロジー特性について明らかにした。具体的には、シリコン基板上に合成された集積CNP薄膜について、SUJ2球を相手材とする摩擦試験が、各種雰囲気において実施された。特に水素雰囲気におけるマクロスケール摩擦試験において、集積CNP薄膜の膜厚が数十ナノメートル程度であるにも拘わらず、摩擦係数が0.01程度という超低摩擦が観察された。数百回の摺動試験が実施されたが、摺動痕の変化は目視では確認されなかった。摺動痕および相手材の移着膜の構造解析を行った結果、以下の特徴が得られた。基板上の摺動痕のCNPの構造は変化していなかったが、摺動痕の最表面構造は、水素を多く含んだグラファイト層であることが明らかとなった。また、相手材の移着膜は、水素を多量に含んだDLC(ダイヤモンドライクカーボン)構造であることが明らかとなった。以上の構造解析結果より、以下のような考察を行った。水素雰囲気下においては、集積CNP薄膜は従来のDLC膜よりも多孔質的な性質を持つため、薄膜が押圧される際に構造が破壊され、水素が吸着可能なサイトがCNPの表面に多量に生じたことが考えられる。その結果、水素を多量に含むDLCもしくはグラファイト構造が生じたものと考えられる。この場合、移着膜および摺動痕の最表面層に、潤滑性の非常に高いアモルファス層が構成され、低摩擦が発現したと考えられる。本研究の摩擦低減メカニズムは、従来のDLC膜の水素雰囲気下における低摩擦メカニズムとは異なる。つまり、従来の薄膜による超潤滑とは異なる、ナノ粒子の特殊雰囲気下における超潤滑応用への基礎的な知見が得られたものと考える。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2014 2013

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] 古典分子動力学法を用いた水素フリーDLC膜における表面構造のナノスケール解析2014

    • Author(s)
      澤井周, 熊谷知久, 崔埈豪, 加藤孝久
    • Journal Title

      トライボロジスト

      Volume: 59 Pages: 110-117

    • NAID

      130006731328

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis and characterization of carbon nanoparticle films prepared by plasma-based ion implantation2014

    • Author(s)
      Shu Sawai, Yuya Nakahara, Naohiro Matsumoto, Junho Choi, Takahisa Kato, Masahiro Kawaguchi
    • Journal Title

      Surface and Interface Analysis

      Volume: (印刷中) Issue: 10-11 Pages: 961-965

    • DOI

      10.1002/sia.5457

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Synthesis and tribological study on carbon nano particle films prepared by plasma ion implantation method2014

    • Author(s)
      Shu Sawai, Junho Choi, Masahiro Kawaguchi, Takahisa Kato
    • Organizer
      Swiss-Japanese Tribology Meeting 2014, Energy Savings through Tribology
    • Place of Presentation
      Zurich, Switzerland
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] カーボンナノ粒子添加による銀薄膜のトライボロジー特性2014

    • Author(s)
      柳本史教,中原優也,澤井周,崔埈豪,加藤孝久
    • Organizer
      トライボロジー会議 2014春東京
    • Place of Presentation
      国立オリンピック記念青少年総合センター、東京都
    • Year and Date
      2014-05-19 – 2014-05-21
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] カーボンナノクラスタの合成, 応用およびシミュレーションによる構造分析2014

    • Author(s)
      澤井周
    • Organizer
      分子シミュレーションのトライボロジーへの応用研究会第16回研究会
    • Place of Presentation
      東京海洋大学越中島キャンパス, 東京
    • Year and Date
      2014-03-26
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] プラズマ利用イオン注入法を用いたカーボンナノ粒子膜の合成およびその摩擦・摩耗特性2013

    • Author(s)
      澤井周, 中原優也, 崔埈豪, 加藤孝久
    • Organizer
      第5回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • Place of Presentation
      仙台国際センター, 仙台
    • Year and Date
      2013-11-06
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] バイポーラPBII法で合成したカーボンナノ粒子の構造の検証2013

    • Author(s)
      澤井周, 中原優也, 崔埈豪, 加藤孝久
    • Organizer
      トライボロジー会議2013秋福岡
    • Place of Presentation
      アクロス福岡, 福岡
    • Year and Date
      2013-10-24
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Synthesis and Characterization of High-Density Nano Carbon Particle Film by Plasma-Based Ion Implantation Method2013

    • Author(s)
      Shu Sawai, Yuya Nakahara, Naohiro Matsumoto, Junho Choi, Takahisa Kato
    • Organizer
      15^<th> European Conference on Applications of Surf, ace and Interface Analysis
    • Place of Presentation
      Forte Village, Cagliari, Italy
    • Year and Date
      2013-10-14
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Synthesis of nano carbon onion thin film by plasma-based ion implantation method and its tribological properties2013

    • Author(s)
      Shu Sawai, Yuya Nakahara, Naohiro Matsumoto, Junho Choi, Takahisa Kato
    • Organizer
      5^<th> World Tribology Conference
    • Place of Presentation
      Palaolimpico, Turin, Italy
    • Year and Date
      2013-09-10
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] プラズマイオン注入法によるナノカーボン粒子膜の形成とトライボロジー特性評価2013

    • Author(s)
      澤井周, 中原優也, 崔埈豪, 加藤孝久
    • Organizer
      トライボロジー会議2013春東京
    • Place of Presentation
      国立オリンピック記念青少年総合センター, 東京
    • Year and Date
      2013-05-22
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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