Investigation on orientation mechanism of basal plane of graphite
| Project/Area Number |
23K23101
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| Project/Area Number (Other) |
22H01833 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
本塚 智 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30585089)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村松 康司 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (50343918)
佐藤 尚 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50402649)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
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| Keywords | 黒鉛 / 潤滑 / メカノケミカル / 界面 / 配向 / 界面相互作用 / 電子状態 / TEM |
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| Outline of Research at the Start |
黒鉛は炭素原子で構成される六角網面(ベーサル面)の積層構造を持ち、黒鉛の潤滑性は、ベーサル面間の滑りに由来すると考えられている。この考えに立脚すると、黒鉛が潤滑性を発揮するためには、被潤滑面とベーサル面が平行に配向する必要があるが、その配向機構は実は明らかではない。すなわち、ベーサル面の滑り機構の前に、ベーサル面の配向機構を理解しなければ、黒鉛の潤滑機構を正しく理解できない。そこで本研究では、ベーサル面の配向を誘起する黒鉛と被潤滑面の界面相互作用を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
黒鉛のすべり機構はいくつか提案されているが、いずれもベーサル面のすべりを前提としている。しかし、ベーサル面の滑り機構の前に、ベーサル面の配向機構を理解しなければ、黒鉛の潤滑機構を正しく理解できないことが明らかとなった。そこで本研究では、ベーサル面の配向を誘起する黒鉛と被潤滑面の界面相互作用を明らかにするための研究を行った。
本年度は黒鉛/ニオブ系の界面のTEM観察を実施した。その結果、ニオブにおいても酸素をその界面に含む系において黒鉛のベーサル面が配向することが明らかとなった。また、EELSによってその界面には5 nm程度の酸素濃化層が初めて実測された。この結果は界面のごくわずかな吸着酸素が黒鉛のベーサル面の配向に寄与するという仮説を支持するものである。
また、昨年の鉄/黒鉛系およびニオブ/黒鉛系の界面のみならず、電子状態に着目して典型元素であるアルミと亜鉛についても実験を展開した。その結果、鉄、ニオブと同様に、やはり単原子もしくはそれにちかいごくわずかな吸着酸素によって黒鉛の配向が変化することを明らかにした。
また、ラマン分光による黒鉛構造の解明にも取り組んだ。ラマン分光で得られるDおよびGバンドの半値幅とピーク位置によって黒鉛層の構造を評価できる。潤滑性やTEMによるナノ構造観察では明確な差が表れたが、ラマン分光では差が認められなかった。これは金属界面ごく近傍の黒鉛のみが配向しているという仮説を支持している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2023年度の目標である界面構造の解明に至ったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
第一原理計算による配向機構の解明に取り組む。2023年度の典型元素を用いた実験によって、黒鉛の配向は金属の電子系に関係なく生じることが明らかとなった。この実験結果を念頭に置いて、計算による配向機構の解明に取り組む。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
