Chemical Reaction Dynamics in Friction-induced Self-organization and Self-healing of Tribofilms

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05380
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Ootani Yusuke 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (70618777)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: トライボロジー / 反応分子動力学法 / 第一原理分子動力学法 / 炭化ケイ素 / ダイヤモンドライクカーボン / トライボケミストリー

Outline of Final Research Achievements

In this work, we performed molecular dynamics-based sliding simulations to investigate the atomic-scale phenomena at sliding interfaces. Accurate first-principles molecular dynamics simulation elucidated the mechanically induced chemical reaction dynamics at the sliding interface. It also showed that the different electronic structure of sliding materials can lead to the different frictional property. In addition, large-scale reactive molecular dynamics simulation clarified the atomic-scale mechanism of the self-formation, wear, and self-healing process of lubricant films.

Free Research Field

分子シミュレーション

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来の類似研究では、摩擦界面での化学反応ダイナミクスのみに焦点が当てられていたのに対し、本研究では潤滑フィルムの自己形成、摩耗、自己修復メカニズムまでも対象として研究を行なった。これにより、摩擦界面で力学的に誘起される化学反応が超低摩擦をもたらすメカニズムが明らかになり、実際の摺動材料や摩擦システムの設計・開発にダイレクトに寄与できる摩擦界面の学理を構築することができた。これらの成果から、今後、摩擦界面での化学反応を積極的に利用した新しい摩擦低減技術の展開が期待できる。