2015 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | pi-System Figuration: Control of Electron and Structural Dynamism for Innovative Functions |
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| Project/Area Number |
26102016
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
佐々木 成朗 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (40360862)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 表面・界面物性 / ナノトライボロジー / 超潤滑 / 分子機械 / 分子シミュレーション / グラフェン / フラーレン / バッキーボウル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H27年度は下記のπ造形分子機械の研究を進めた。
(1) H26年度に引き続き、グラフェンとフラーレンC60を積層させた分子ベアリング系、(グラフェン)2/C60/(グラフェン)2界面系の超潤滑メカニズムの分子力学シミュレーションを行った。最外層のグラフェンをスライドさせた時にグラフェンが受ける水平力を計算して得られた三種類のピーク値（a < b < c）に対して、解析を続けたところ。cはC60分子/グラフェン界面、およびグラフェン/グラフェン界面でスリップが起きる場合の他、C60分子同士が凝集してC60単分子膜が、C60分子/グラフェン界面でスリップする場合に対応していることが分かった。更にスティック状態で歪みの増加率が最大になる界面でスリップが起きることが判明した。
(2) H26年度に引き続き、バッキーボウルベアリング系のナノ力学を調べた。特に圧縮過程でバッキーボウルの反転性に由来する双安定構造がどのように垂直方向の実効的バネ定数に影響を与えるのかを分子力学シミュレーションで調べた。またこれら理論シミュレーションと比較するため、連携研究者と協力してバッキーボウルベアリング系の作成を開始し、グラファイト基板へバッキーボウルを吸着させた表面構造の作成に着手した。
(3) 連携研究者と協力して層状物質界面におけるエネルギー散逸過程を動的に追跡するトライボフォノンスペクトロスコピー（TRS）の提案およびその開発を始めた。QCMでMHzオーダーで水平振動する二硫化モリブデン界面に原子間力顕微鏡探針を接触させた時、QCMの振幅の逆数と散逸エネルギーとの関係が表面フォノンの分散関係に類似する事を見出し、原子スケールで発生するフォノンの特性がQCMの振動スケールに現れる仮説を提示した。
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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
(1)に関しては、界面のスティック・スリップ両方の観点から多層ベアリング系の超潤滑メカニズムが明らかになりつつあり、π造形部品設計指針を定量的に記述出来る段階に近づきつつある。
(2)に関しては、分子シミュレーションと比較する測定対象として、蒸着によるバッキーボウル吸着系の作製がうまくいかなかったため、別の手法による作製が必要となった。
(3)に関しては、トライボフォノンスペクトロスコピーの測定理論の開発に着手したばかりである。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度以降は下記の研究を進める。
(1) (グラフェン)2/C60/(グラフェン)2界面系の超潤滑メカニズムをスティック・スリップ運動の観点から明らかにし、π造形部品の力学としてまとめる。さらに(グラフェン)n/C60/(グラフェン)n界面系（n>2）の超潤滑に計算を拡張して、n=2の時の力学シナリオが普遍的に適用されるのか否かを調べる。
(2) 含浸法を用い、金表面へのバッキーボウル吸着系を実験的に作製して、吸着表面上の摩擦を連携研究による摩擦力顕微鏡により測定して、分子力学シミュレーションと比較する。また別の動的モード原子間力顕微鏡を使用してバッキーボウル反転に伴うエネルギー散逸の測定を試みる。
(3)トライボフォノンスペクトロスコピー（TRS）のメカニズムの理論の構築を試み、実験的には本方法をπ系層状物質界面に適用する。
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| Remarks |
受賞3件
・ITC Tokyo 2015 ”Poster Award for Young Tribologists” (2015年9月17日) 2件同時受賞
・東京理科大-電通大 合同若手研究会 優秀ポスター講演賞（2016年3月14日）
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[Presentation] 超潤滑C60 分子ベアリングにおける多層グラフェン効果2015
Author(s)
今村祥，板村賢明, 小柳文子, 近匡, 鈴木勝, 三浦浩治, 佐々木成朗
Organizer
日本表面科学会関東支部 第2回関東支部セミナー「ナノ表面界面を介したエネルギー・物質輸送の計測とシミュレーション研究の最前線」
Place of Presentation
東京理科大学 森戸記念館
Year and Date
2015-11-13 – 2015-11-13
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[Presentation] 湾曲グラフェン表面のナノ力学イメージング2015
Author(s)
本橋雅章，板村賢明, 小柳文子, 近匡, 櫻井英博, 三浦浩治, 佐々木成朗
Organizer
日本表面科学会関東支部 第2回関東支部セミナー「ナノ表面界面を介したエネルギー・物質輸送の計測とシミュレーション研究の最前線」
Place of Presentation
東京理科大学 森戸記念館
Year and Date
2015-11-13 – 2015-11-13
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[Presentation] Superlubricity of Fullerene Molecular Bearings2015
Author(s)
S. Imamura, K. Itoh, N. Itamura, M. Suzuki, K. Miura, N. Sasaki
Organizer
International Tribology Conference Tokyo 2015 (ITC Tokyo 2015)
Place of Presentation
Tokyo University of Science, Tokyo, Japan
Year and Date
2015-09-16 – 2015-09-16
Int'l Joint Research
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[Presentation] Nanomechanics of Flat and Curved Graphene2015
Author(s)
M. Motohashi, T. Andoh, N. Itamura, H. Sakurai, K. Miura, N. Sasaki
Organizer
International Tribology Conference Tokyo 2015 (ITC Tokyo 2015)
Place of Presentation
Tokyo University of Science, Tokyo, Japan
Year and Date
2015-09-16 – 2015-09-16
Int'l Joint Research
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