2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study on nanotribology using plasmonic sensor
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16K14149
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
柳沢 雅広 早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, 客員上級研究員(研究院客員教授) (20421224)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | トライボロジー / 表面増強ラマン散乱分光法 / プラズモニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ag直粒子をサファイヤ基板に埋め込むことにより耐摩耗性を付与した透過型プラズモンを作製し、10N以上の大荷重で摺動試験を行い、表面増強ラマンスペクトルとして通常ラマンスペクトルに比べ370万倍の超高感度で摺動中の試料表面と摺動界面の化学構造の時間分解測定を行った。その結果、ダイアモンドライクカーボン膜の場合は、摩擦力が増加すると欠陥のDピークが増加することから表面が活性化することが明らかになった。また鋼材の場合、カーボン成分のアンチストークス/ストークス強度比から測定した摺動温度は、摺動直後から650℃に上昇しカーボン成分が酸化により減少することが分かった。またZDTPで潤滑した鋼材の場合、温度は350℃程度に低下したがトライボケミカル反応によりポリリン酸鉄からなる膜が形成され、摩擦が下がることを時間分解能100ミリ秒で測定することに成功した。さらに未知のピークが出現することから、まだ報告されていない成分が形成されることが分かった。またベースオイルとして使われているPAO（ポリαオレフィン）やパーフロロポリエーテルなども、摺動により分解することが分かった。さらに超高感度EMCCDカメラで摺動中の画像と表面増強ラマンの観測点の同時測定を行い、摺動子の動的挙動とスペクトルの関連を明らかにすることができた。その結果スペクトル変化は、主として表面の摩耗と関連があることが明らかになった。さらに、可変レーザーパワー機構を開発し数nmの極薄の潤滑膜や固体薄膜の耐熱特性を調べ、上記の潤滑膜や固体表面の加熱化学構造変化を観察したところ、ほぼ摺動中の化学変化と一致し、トライボ化学反応の多くが摩擦熱による化学反応であることを見いだした。
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