2021 Fiscal Year Annual Research Report
Study on operand observation and analysis of buried interface on tribology
| Project/Area Number |
18H01361
|
|---|
| Research Institution | Waseda University |
|---|
Principal Investigator |
柳沢 雅広 早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, その他(招聘研究員) (20421224)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | トライボロジー / 埋もれた界面 / 表面増強ラマン散乱 / プラズモニクス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、最も複雑な界面現象であるトライボロジーにおける摩擦、摩耗、潤滑現象が係わる動的埋もれた界面を、機械物性と化学構造の同時測定手法を開発することによりそのメカニズムを明らかにすることを目的とする。2021年度（令和3年度）では、計測装置は2020年度で完成したことから、今年度はさまざまな材料系におけるトライボロジー界面の観察と解析を行った。特に、金属または金属酸化物およびそれらに被覆した潤滑剤材料の熱的化学構造変化を新規に開発したレーザーパワースキャン機構を用いて変化が生じる温度を計測し、摺動状態と比較することにより触媒作用のあるFeやNiなどの金属およびFe酸化物、Co酸化物が潤滑剤の熱分解温度を触媒作用により下げることを明らかにした。また摺動界面ではそれらの分解反応が低温でさらに加速されることを明らかにした。これはトライボケミカル反応が潤滑材料の触媒作用をさらに強めて酸化反応や炭化反応を促進させることがわかった。またそれらの反応により摩擦力も減少させるケースと逆に増大させるケースが観察され、界面に形成される反応層の種類によって異なることが明らかになった。さらに-30℃までの低温における界面計測機構を開発し、液体水や氷との界面に高結晶性の層が存在することを明らかにした。また多共焦点ラマン分光装置によりSiの摩擦界面において非晶質Siの動的形成が観察され、摩擦の変動が小さくなることが観察された。摩擦領域とラマン観察領域を同一でビデオで同時観察することに成功した。さらに引張り試験におけるポリエチレンフィルムの変形および切断時の観察を行い、非晶質から結晶質への転移が起きることを明らかにした。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究は、当初の計画以上に進んでいる。初年度の第一段階で開発した計測装置をベースに新規にラマン分光法とエリプソメータを組み合わせた偏光解析装置、ブリュアン散乱/ラマン散乱ハイブリット分光法、レーザーパワースキャン機構などの新規開発計測手法が完成し、それらの手法を駆使して、トライボロジーの埋もれた界面の現象解明をFe、Ni、Coなどの金属やそれらの酸化物などさまざまな材料系に展開してメカニズム解明を行っている。さらに当初の計画にはなかった低温での摺動界面計測機構を開発し、界面に存在する高結晶性層の存在を明らかにした。他にも摺動時の新しい現象が次々と見つかっており、今後の解析が期待される。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は最終年度にむけて、DLC膜やグラフェン膜の摺動界面や高分子材料とくにゴム材の摺動界面を水潤滑や氷潤滑などの低温摺動界面のメカニズムにも拡張し、動的埋もれた界面のさらに広範な理解につなげていく予定である。それにより当初計画していた統合解析を行い極めて複雑なトライボロジー界面の現象とそれを元にした材料設計の可能性をアピールする。さらに引張り界面、押し込み界面や接着界面など摺動以外の動的界面の測定解析にも拡張する予定である。
|
