2018 Fiscal Year Annual Research Report

Development of design proposal for ultla low friction by controlling of permittivity of nano transformed layer and adsorbed lubricants on carbonaceous hard coating

Research Project

Project/Area Number	18H03751
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	梅原徳次名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70203586)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	野老山貴行名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (20432247) 徳田祐樹地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部表面・化学技術グループ, 副主任研究員 (30633515) 川口雅弘地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部表面・化学技術グループ, 上席研究員 (40463054) 村島基之名古屋大学, 工学研究科, 助教 (70779389) 久保百司東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90241538)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	カーボン系硬質膜 / 摩擦面その場観察 / 誘電率 / ナノ構造層 / 潤滑油
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，「カーボン系硬質膜摩擦時ナノ構造層・潤滑油層誘電率その場評価での超低摩擦指針の提案」を目的とする．このために、本年度は以下の３つの項目を行った。 (1)「潤滑油中超低摩擦発現ナノ構造変化層と境界潤滑層の誘電率のその場評価装置の開発」(研究分担者：梅原、野老山、村島 )　研究代表者らの提案した従来の乾燥窒素ガス中での「超低摩擦発現ナノ構造変化層の摩擦時その場計測装置」の高い信頼性を有する摩擦機構を踏襲した「反射分光法を用いた潤滑油中超低摩擦発現ナノ構造変化層と境界潤滑層の誘電率のその場評価装置」の試作を行い、。反射分光膜厚計は、本装置により、窒素含有率の異なる３種類のta-CNx膜においてPAO潤滑油中での摩擦係数に強い影響を及ぼす因子の抽出を行った、その結果、油膜厚さ、構造変化層の誘電率、C-Csp3結合の割合が摩擦係数と強い関係がある事が明らかになった。 (2)「カーボン系硬質膜の摩擦後のナノ構造層と吸着潤滑層のXPS分析」（研究分担者：野老山、川口、徳田）３種類のta-CNx膜においてPAO潤滑油中での摩擦実験を行い、ta-CNx膜の摩擦後のナノ構造層をXPS分析し、C-Csp3結合の割合が光学定数から算出した値と同様であることを明らかにした。（3)「量子化学分子動力学法シミュレーションによる摩擦によるカーボン系硬質膜と境界潤滑膜の誘電率と分極率の変化の可能性の実証」（研究分担者：村島、久保）カーボン系硬質膜の炭化水素の分子構造と誘電率及び分極率の関係が量子化学分子動力学シミュレーションで得ることが可能かを表面分析結果と照らし合わせて検討した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 以下の３つの項目における試作、実験、分析及びシミュレーションともに、当初の計画通りに進んでいる。 (1)「潤滑油中超低摩擦発現ナノ構造変化層と境界潤滑層の誘電率のその場評価装置の開発」 (2)「カーボン系硬質膜の摩擦後のナノ構造層と吸着潤滑層のXPS分析」 (3)「量子化学分子動力学法シミュレーションによる摩擦によるカーボン系硬質膜と境界潤滑膜の誘電率と分極率の変化の可能性の実証」
Strategy for Future Research Activity	今後も当初の計画通り、以下の３つの項目における実験、分析及びシミュレーションを進めることで、摩擦面その場観察で計測されたナノ構造変化層と油膜の屈折率と消衰係数の値から、それぞれの比誘電率を求め、それらがカーボン系硬質膜による超低摩擦スマートサーフェスを安定制御するための革新的パラメーターである事を実証する。 (1)「潤滑油中超低摩擦発現ナノ構造変化層と境界潤滑層の誘電率のその場評価装置の開発」 (2)「カーボン系硬質膜の摩擦後のナノ構造層と吸着潤滑層のXPS分析」 (3)「量子化学分子動力学法シミュレーションによる摩擦によるカーボン系硬質膜と境界潤滑膜の誘電率と分極率の変化の可能性の実証」