2016 Fiscal Year Annual Research Report
Search for Laws of Dynamic Nano-Friction as Guiding Principles to Design Artificial Materials for NEMS
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15K13419
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
林 啓治 金沢工業大学, 工学部, 教授 (30281455)
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2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | コンピュータ物理 / メゾスコピック系 / ナノトライボロジー / ナノマシン / 表面・界面物性 / 複雑系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
NEMS（ナノ電子機械）の使用時に摺動界面で起こる、【ⅰ】NEMSのパーツ同士が原子スケールに比べ広い面で接して常に擦れ、既に熱を持っている摺動部においてなお持続的に摩擦熱が発生し、かつ、【ⅱ】磨耗を伴わない弾性接触条件下の、動摩擦現象（以下では“ナノ動摩擦”と呼ぶ）について、組織的に、法則性を洗い出し、NEMS用人工材料の開発・設計指針として整備することを、研究代表者は目指している。この取り組みを、実験に先立って先見的に分子シミュレーションを役立てる具体例としたい。
当該研究では、ナノ動摩擦の普遍的な特徴として、閾現象、すなわち、滑り速度に閾値が存在し、滑り速度が閾値を超えるとナノ動摩擦力したがってエネルギー散逸レートが飛躍的に増大する現象、を見出した。物性パラメタに対する閾特性の依存性には閾法則が成り立つ。摩擦熱発生での閾現象の発現が以下の原子論的機序によることを、当該研究において明らかにした。摺動界面で相接する結晶それぞれにおいて、滑りに伴い界面近傍にまず強制振動が引き起こされ、波として摺動方向に伝播する。格子振動のノーマルモードのうち位相整合条件を満たすモード何れかの固有振動数に強制振動数が一致する滑り速度で摺動する場合、そのモードが共鳴励起される。位相整合モードの共鳴励起がきっかけとなり、エネルギーの、そのモードへの移動を介した散逸経路が開ける。エネルギー散逸（すなわち、広範囲のノーマルモードへの、原子間相互作用の非調和性を介したエネルギー移動）が、共鳴励起された位相整合モードから可能になり、ナノ動摩擦によるエネルギー散逸レートが増大する。広範なノーマルモードのインコヒーレントな励起に至り、フォノンの熱分布へ近づく。
さらに当該研究では、位相整合条件に加え、前述の強制振動の時空パターンが、滑り速度の閾値および閾特性を決定づける鍵であることを突き止めた。
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Research Products
(10 results)
