Investigation on orientation mechanism of basal plane of graphite

Research Project

Project/Area Number	23K23101
Project/Area Number (Other)	22H01833 (2022-2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2022-2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
Research Institution	Kyushu Institute of Technology
Principal Investigator	本塚智九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30585089)
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)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
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)
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
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。
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。本年度はグローブボックスと酸素濃度計を導入し、粉砕雰囲気中の酸素濃度の高精度制御法の確立に向けて実験系を構築した。酸素濃度を高精度に確立する必要がある理由はベーサル面の配向を決定づけるのは、鉄表面のわずか1原子層前後の酸素原子であることが分かっているためである。また、鉄粒子の表面積をKrガスで測定するための手法も確立した。その結果、鉄粒子表面に対する酸素濃度を0.1 原子層単位で制御する手法を確立できた。現在はこの制御された雰囲気中での粉砕実験と組織観察を推進して、黒鉛の潤滑性の雰囲気酸素依存性の評価を進めている。また鉄/黒鉛系のみならず、Nb/黒鉛系での実験も行った。本研究は透過型電子顕微鏡による界面観察が強力なツールとなるが、観察試料の調整において強磁性体では様々な困難があるためである。そこで非磁性のNbを用いて黒鉛の潤滑性の雰囲気酸素に対する変化を分析、評価したところ、Nbでも同様に黒鉛の潤滑性の雰囲気酸素依存性が見いだされた。この発見は今後の界面観察を加速するものと期待される。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2022年度の目標である「鉄表面の酸素量の高精度制御法の確立」を完遂したため。
Strategy for Future Research Activity	計画通り、2023年度は黒鉛と被潤滑面(鉄)の界面構造の解明を推進していく。