2017 Fiscal Year Annual Research Report
分子形態を制御したカーボンオニオンナノ砥粒による超精密ポリシングの高度化
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16H04242
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平田 敦 東京工業大学, 工学院, 教授 (50242277)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青野 祐子 東京工業大学, 工学院, 准教授 (20610033)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 精密研磨 / ナノ材料 / 機械工作・生産工学 / 材料加工・処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カーボンオニオンの超精密ポリシング作用の基礎的特性の検討を続けた．砥粒の突き出し量や切り込み深さが研磨速度に影響を及ぼすことから，ポリッシャの材質や砥粒の粒径，研磨圧力を最適化することにより研磨速度の向上を試みた．その結果，硬質かつ微細粒子を保持しやすいポリッシャがカーボンオニオンを用いた超精密研磨の研磨速度向上に適していることが分かった．さらに，砥粒径が微細であるほど研磨速度が速いことを明らかにした．また，研磨圧力によらず超精密研磨が可能であるが，研磨速度はほとんど変化しないことが分かった．次に，単位時間あたりの擦過距離を増やすために研磨機の回転速度を上昇させ研磨速度向上を試みた．その結果，回転速度によらず超精密研磨が可能であるが研磨速度はほとんど変化しなかった．また，超音波加振を援用する研磨機を作製し研磨を行ったが，研磨速度の増加を確認するには至らなかった．
砥粒の切り込み深さの増加により研磨速度を向上させるために，砥粒のキャリアとなる硬質粒子を添加したスラリーによる研磨を行った．砥粒となる原料粒径5nmのカーボンオニオンに対し，粒径200nmのシリカや原料粒径18nmのカーボンオニオンを複合することで切り込み深さの増加を試みた．その結果，どちらのキャリア粒子を用いた場合でも，用いない場合に対し研磨速度の大きな違いはみられなかった．
さらに走査型プローブ顕微鏡法／ナノインデンテーション法を複合した圧縮試験法によるカーボンオニオン単一独立粒子の機械的特性評価を行うとともに，関連して分子動力学法にもとづいたモデル化に着手した．予備的な検討として，C60フラーレンをダイヤモンド平面間で圧縮する過程を模擬した解析を行うとともに，多角形状のカーボンオニオン粒子のモデル化をした．
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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
カーボンオニオンの超精密ポリシング機能の基礎的特性の検討については，計画に沿ってカーボンオニオンの生成，カーボンオニオンスラリーの作製，ポリシング実験，ポリシング面性状である幾何学的形状の詳細な観察，ポリシング速度の測定および高速化を実施した．残る課題としては，ポリシング面性状の詳細な観察・分析に関連して，加工変質層，結晶性，化学的構造，電気的特性の変化を電子線回折法や透過型電子顕微鏡法，光てこ方式プローブ型顕微鏡などによって調べ，より詳細にカーボンオニオンの分子形態・構造との関係について考察することである．
また，走査型プローブ顕微鏡法／ナノインデンテーション法を複合した圧縮試験法によるカーボンオニオン単一独立粒子の機械的特性評価については，測定用試料作製技術であるカーボンオニオンの純水中への高分散性確保，試料配置基板の平滑化，平滑ダイヤモンド基板上へカーボンオニオン高分散配置を実現し，試験に供する測定用試料は作製できている．また，圧縮試験プロセスに関連して，測定試料粒子径に最適な圧子形状・寸法の最適化，最適圧縮荷重速度の設定については引き続き検討する．圧縮プロセスのモデル化は計画より早く進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
カーボンオニオンの超精密ポリシング機能の基礎的特性の検討については，さらに詳細にカーボンオニオンの分子形態・構造との関係について把握するため，より多くの実験・観察データを得て，考察する．また，走査型プローブ顕微鏡法／ナノインデンテーション法を複合した圧縮試験法によるカーボンオニオン単一独立粒子の機械的特性評価については，実測と解析の両面からの評価が可能になるように検討する．
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