2019 Fiscal Year Annual Research Report
Superlubric control using structural change by compression of molecular bearing interface
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17H02785
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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, 大学院情報理工学研究科, 教授 (40360862)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 勝 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20196869)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超潤滑 / フラーレン / グラフェン / 圧力誘起転移 / 分子シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は、まずベアリング単層系モデル（グラフェン/C60/グラフェン界面構造）の荷重依存性についてまとめた。上層グラフェンを水平走査させた際の平均水平力<Fl>の平均荷重<Fz>依存性を調べたところ、平均水平力は、低荷重領域では荷重にほぼ比例して増加するが，高荷重領域では非線形的に急激に増加し、アモントン-クーロン則（平均水平力<Fl>は平均荷重<Fz>に比例する）は破綻した。これは、高荷重領域ではC60分子の軸方向の圧縮効果が大きくなることに起因している。つまり上下層グラフェンを剛体と仮定しているため、グラフェンシートの押し込みで、グラフェン-C60間距離がわずかに減少するだけで相互作用斥力が急激に増大して、エネルギー的にはデメリットが大きい。したがってその分、C60分子が軸方向に圧縮変形しやすくなり、その押し込み距離に対する圧縮力の非線形性と、C60の圧縮を誘起するグラフェン-C60間相互作用斥力の非線形性の両方が、ベアリング単層系全体の非線形性として現れていると考えられる。このようにベアリング単層系でグラフェンシートを剛体近似すると、高荷重領域で非線形性が強調されることが分かった。
さらにC60の変形が、C60のスリップ運動由来のエネルギー散逸に与える効果を、荷重依存性の側面から検討した。全エネルギーをC60の変形エネルギーとC60-グラフェン間の相互作用エネルギーに分離すると、低荷重領域では相互作用エネルギー由来の散逸エネルギーが支配的だが、高荷重領域では変形エネルギー由来の散逸エネルギーが支配的となった。
このように、高荷重領域でのC60の変形がアモントン-クーロン則や摩擦の素過程に大きく寄与していることが判明した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
・2021年日本表面真空学会 フェロー（2021年2月）佐々木成朗
・2019年日本表面真空学会 講演奨励賞（スチューデント部門） (2020年5月) 平尾佳那絵, 小宮山史郎, 佐々木成朗
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