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フェムト秒レーザーによるダイヤモンド状炭素膜のナノ構造制御表面の創成

Research Project

Project/Area Number 15651060
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Nanomaterials/Nanobioscience
Research InstitutionFukui National College of Technology

Principal Investigator

安丸 尚樹  福井工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (90158006)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 宮崎 健創  京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (50293957)
Project Period (FY) 2003 – 2005
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2005: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2003: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Keywordsフェムト秒レーザー / アブレーション / 表面改質 / DLC / ガラス状炭素 / ラマン分光 / 硬質薄膜
Research Abstract

フェムト秒レーザーをDLC薄膜表面に平面状に照射し、レーザー条件(レーザーの強度、パルス数、スポット径など)を変化させて、周期的微細構造(ナノ構造)を約15mm角で均一に加工する技術を開発した。
ナノ構造が生成されたDLC薄膜の摩擦係数を、ナノメカニカル試験装置を用いて測定した。100〜1000μNの荷重でダイヤモンドチップ(先端半径1μm)を用いて測定したところ、未照射面で0.1を示す摩擦係数が、レーザー照射により0.2〜0.3に増加することが判明した。また、スクラッチ時のチップの侵入深さが、レーザー強度や荷重が増えるに伴い増加した。この荷重域では、レーザー照射による硬度の低下や表面に形成されたナノ構造の凹凸の影響により摩擦係数が増加したと考えられる。
次に、福井大学本田助教授にご協力いただき、原子間力顕微鏡(AFM)を用いたさらに荷重の小さいナノ摩擦試験を行った。垂直荷重を20〜130nNと変化させ、測定範囲1μm×1μm、すべり速度2μm/sとして、コンタクトモード(垂直荷重一定)で測定した。表面測定のプローブには、市販のカンチレバーにガラス球を接着したガラス球探針を用いた。その結果、この荷重域では、ナノ加工により摩擦力が約1/3、引き離し力が約1/4と大幅に低減することが判明した。
また、ボールオンディスク型摩擦摩耗試験により、ナノ構造が生成されたDLC薄膜表面のマクロなトライボロジー特性を調べた。その結果、鉄系の軸受鋼ボールが相手材の時は摩擦係数が低下することが判明した。さらにナノ構造生成面にMoS_2を0.5〜1μm被覆した複合膜を作製し特性を調べたところ、超硬ボールに対しては約1/4、軸受鋼ボールに対しては約2/5と摩擦係数が大幅に低下することが判明し、複合化の効果が大きいことを見出した。

Report

(3 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2006 2005 2004 Other

All Journal Article (11 results) Publications (6 results)

  • [Journal Article] フェムト秒レーザーによりナノ構造が形成されたDLC薄膜のトライボロジー特性2006

    • Author(s)
      山口光弘, 安丸尚樹, 駒井謙治郎, 宮崎健創, 木内 淳介
    • Journal Title

      日本機械学会北陸信越学生会第35回学生員卒業研究発表講演会

      Pages: 187-188

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] フェムト秒レーザーによるナノ加工と次世代トライボロジー制御技術2005

    • Author(s)
      安丸尚樹, 宮崎健創, 木内淳介
    • Journal Title

      福井県地域結集型共同研究事業最終成果発表会

      Pages: 13-14

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] フェムト秒レーザーによる硬質薄膜表面のナノ構造形成と制御2005

    • Author(s)
      安丸尚樹, 宮崎健創, 木内淳介
    • Journal Title

      レーザー研究(レーザー解説小特集号「フェムト秒レーザーによるナノアブレーション」) 33巻・8号

      Pages: 519-524

    • NAID

      10029621797

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      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Fluence dependence on femtosecond-laser-induced nanostructure formed on TiN and CrN2005

    • Author(s)
      N.Yasumaru, K.Miyazaki, J.Kiuchi
    • Journal Title

      Applied Physics A ; Materials Science & Processing 81巻

      Pages: 933-937

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] フェムト秒レーザーアブレーションによるナノ構造生成と表面改質2005

    • Author(s)
      宮崎健創, 安丸尚樹
    • Journal Title

      未来材料 5巻・9号

      Pages: 28-34

    • NAID

      40006887286

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      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Reflectivity in femtosecond-laser-induced structural changes of diamond-like carbon film2005

    • Author(s)
      K.Miyazaki, N.Maekawa, W.Kobayashi, N.Yasumaru, J.Kiuchi
    • Journal Title

      Applied Physics A ; Materials Science & Processing 80巻

      Pages: 17-21

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Fluence dependence on femtosecond-laser-induced nanostructure formed on TiN and CrN2005

    • Author(s)
      N.Yasumaru, K.Miyazaki, J.Kiuchi
    • Journal Title

      Applied Physics A ; Materials Science & Processing (印刷中)

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      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Reflectivity in femtosecond-laser-induced structural changes of diamond-like carbon film2005

    • Author(s)
      K.Miyazaki, N.Maekawa, W.Kobayashi, N.Yasumaru, J.Kiuchi
    • Journal Title

      Applied Physics A ; Materials Science & Processing 80

      Pages: 17-21

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      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Glassy carbon layer formed in diamond-like carbon films with femtosecond laser pulses2004

    • Author(s)
      N.Yasumaru, K.Miyazaki, J.Kiuchi
    • Journal Title

      Applied Physics A ; Materials Science & Processing 78

      Pages: 425-427

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      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Nanoscale modification of DLC film surfaces with femtosecond laser pulses2004

    • Author(s)
      N.Yasumaru, K.Miyazaki, J.Kiuchi, H.Magara
    • Journal Title

      Proceedings of SPIE 5662

      Pages: 755-759

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      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Femtosecond-laser-induced strucural change of diamond-like carbon film2004

    • Author(s)
      N.Maekawa, W.Kobayashi, M.Kaku, K.Miyazaki, N.Yasumaru, J.Kiuchi
    • Journal Title

      Proceedings of The Fourth Aisian Pacific Laser Symposium 2004

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  • [Publications] Naoki Yasumaru: "Glassy carbon layer formed in diamond-like carbon films with femto second laser pulses"Applied Physics A. (印刷中). (2004)

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  • [Publications] Norimasa Maekawa: "Femtosecond-Laser-Induced Structural Change of Diamond Like Carbon Film"Proceedings of The Fourth Asian Pacific Laser Symposium (APLS 2004). (印刷中). (2004)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 安丸尚樹: "レーザーによる硬質薄膜表面の周期的ナノ構造の形成と制御"レーザー学会第136研究会報告. RTM-03-36. 31-35 (2003)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Naoki Yasumaru: "Periodic Nanostructures Formed on TiN and DLC by Femtosecond Laser Pulses"Proceedings of CLEO/Pacific Rim 2003. 665-665 (2003)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 安丸尚樹: "フェムト秒レーザー照射によるアプレーション閾値近傍での硬質薄膜表面"レーザー学会学術講演会第24回年次大会講演予稿集. 89-89 (2004)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 安丸尚樹: "フェムト秒レーザーによるDLC薄膜の表面改質"2004年(平成16年)春季第51回応用物理学関係連合講演会予稿集. (印刷中). (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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