| Project/Area Number |
21K03846
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Materials Science |
|---|
Principal Investigator |
後藤 真宏 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主席研究員 (00343872)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 道子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 統合型材料開発・情報基盤部門, NIMS特別研究員 (50415171)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
|
|---|
| Keywords | オペランド解析 / 摩擦 / コーティング / 光照射 / 結晶配向性 / 電子励起 / トライボロジー / スパッタリング / 界面ダイナミクス / 光オペランド |
|---|
| Outline of Research at the Start |
トライボロジー技術向上による摩擦損失の削減は、温暖化ガス排出量抑制の重要手段として期待できる。摩擦力発生要因は、二つの材料間の分子間力である。我々は、原子、ナノスケールにおいて、光照射による分子間力の変化で、摩擦力を制御可能であることを発見した。真空中では、光照射の有無により、瞬時に可逆的に摩擦力が変化し、一方、液中では光照射による摩擦力変化は、長時間保持されることを見出した。
本研究では、光の波長・強度を変化させながら摩擦現象を解析する「光オペランド摩擦解析」手法を提案・導入し、光による材料表面電子励起・化学反応と摩擦係数の相関を系統的に実験検証し、光による摩擦ダイナミクスの学理構築を目指す。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
トライボロジー技術の向上による摩擦損失の削減は、温暖化ガス排出量抑制の重要手段として期待されている。この摩擦力の発生要因は、二つの材料間の分子間力であることが知られている。我々は、原子、ナノスケールにおいて、光照射による分子間力の変化で、摩擦力を制御可能であることを発見した。真空中では、光照射の有無により、瞬時に可逆的に摩擦力が変化し、一方、液中では光照射による摩擦力変化は、長時間保持されることを見出すなど、光によって熱的な摩擦変化とは相違するメカニズムが存在することを突き止めていた。そこで、本研究では、光の波長・強度を変化させながら摩擦現象を解析する「光オペランド摩擦解析」手法を提案・導入し、光による材料表面電子励起・化学反応と摩擦係数との相関を系統的に実験検証し、光による摩擦ダイナミクスの学理構築を目的とする。
本年度は、コンビナトリアルスパッタ装置を用いて、成膜条件であるスパッタガス中の酸素分圧を変えることで結晶配向性の異なる多種TiO2薄膜を作製し、それらの大気および真空中における摩擦係数を評価した。摩擦係数は膜によって変化したが、その中において真空中で低摩擦特性を有するTiO2薄膜について、昨年度開発したマクロレベルの光オペランド摩擦解析装置を使用し、真空環境下で摩擦係数の光照射波長依存性を評価した。光波長を500nmから900nmまで変化させながら摩擦係数を測定した結果、光波長700nm付近に摩擦力が低減する領域があることを突き止めた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
理由：当初の計画通り、昨年度開発した真空中におけるマクロレベルの光オペランド摩擦解析装置を駆使し、さらには、コンビナトリアルスパッタ法により、TiO2の結晶構造・配向性を変化させたバンドチューニングトライボコーティングを作製し、その摩擦係数の光照射波長依存性を評価し、特定の光波長において摩擦係数が変化することを見出した。これは、当該研究の目的に設定していた、マクロレベルの摩擦現象においても、光照射が影響することを発見したものである。光照射による摩擦変化は単なる熱的な要因であるとの議論を受けるが、今回の成果は、700nm付近の光波長領域に顕著な変化が見られることから、単純な温度上昇による摩擦変化ではなく、光による材料表面近傍の電子励起状態を介した物理現象であることが明らかとなった。
このように、当初の目的である、マクロレベルの摩擦現象の光照射依存性を明らかにすることに成功したことにより、研究は当初の計画以上に進捗していると考える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
前述の通り、当初の計画を超えて研究が進捗していることから、結晶構造・配向性を変化させたTiO2のバンドチューニングトライボコーティングの摩擦係数の光波長依存性のメカニズム解明を計画に則して進めると共に、他の酸化物系トライボコーティングへも当該手法を拡張していきたい。具体的には、CuOやSiO2などの材料系の研究を追加して研究するべく計画している。
|
Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
