2022 Fiscal Year Final Research Report

Enhancing Boundary Lubrication Performance through the Formation of Self-repairing Solid Lubricating Films with Surface 3D Nanostructures

Research Project

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Project/Area Number	18H03750
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
Research Institution	Tokyo University of Agriculture and Technology
Principal Investigator	Ando Yasuhisa 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00344169)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	中野美紀国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20415722) 三宅晃司国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (30302392) 大花継頼国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (10356660)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2023-03-31
Keywords	トライボロジー / MEMS / ナノストライプ構造 / 固体潤滑 / 境界潤滑 / 原子間隔 / 自己再生
Outline of Final Research Achievements	We fabricated three-dimensional surface nanostructures based on a nanostripe structure. When these structures were rubbed under lubricated conditions, we found that in the boundary lubrication regime, the friction coefficient decreased as the density of nanogrooves increased. Additionally, when combining line groove patterns, we demonstrated that the friction coefficient can be controlled by varying the relative angle of the grooves. We also confirmed that under these conditions, the nanogrooves could regenerate or be maintained even after wear. On the other hand, in a vacuum environment, we revealed that low friction could be maintained through the reparative formation of soft metal thin films. We also found that by altering the atomic spacing between the same materials during friction, the friction force decreased.
Free Research Field	トライボロジー、MEMS
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	これまで周期性の高いナノスケールのパターンの作製方法は限られていたが、多種の金属を組み合わせながら、そのようなパターンの作製を可能にしたことは、学術的に大きなインパクトを有する。摩擦面への適用に関しては、摩耗してもナノスケール溝が維持される条件を見出したことにより、広い面積にナノパターンを適用したときの潤滑特性を検討することが可能になり、トライボロジー研究分野への寄与が認められる。また、原子間隔の摩擦への影響については、近年注目されているグラフェンなどへの展開が期待出来る。社会的には、省エネルギーを通じた二酸化炭素排出削減に対して、潤滑性能向上が重要な役割を担っている。