2020 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロ・ナノ構造光学素子の大面積ガラス成形における原子スケールの界面制御
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20F20368
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
閻 紀旺 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (40323042)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ZHANG LIN 慶應義塾大学, 理工学部, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2020-11-13 – 2023-03-31
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| Keywords | ガラス成形 / 金型加工 / 超精密切削 / グラフェン成膜 / 微細構造表面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光学デバイスなどに用いられているガラス材料はそれ自体で固有の機能を有しているが、その材料表面にマイクロ・ナノレベルの規則的な微細構造を形成することにより、表面機能が飛躍的に向上されることが知られている。本研究では、単結晶ダイヤモンド工具を用いて切削した自由曲面金型表面へグラフェン成膜を行い、ガラスプレス成形技術へ応用し、マイクロ・ナノスケールの微細構造の大面積成形を行う際の界面現象を原子レベルで解明する。本研究により、バイオニック構造やマイクロレンズアレイ、低反射表面など様々な機能性表面の高精度加工およびその低コスト化が期待できる。
2020年度では、単結晶ダイヤモンド工具を用いた金型の切削加工について実験検討を行い、切りくず生成機構や加工面の形態そして工具摩耗などを観察し、表面粗さを最小化するための切削条件を探索した。また、新たな試みとして、高周波超音波振動装置を加工機へ搭載し、切削メカニズムにおける工具への超音波振動援用の効果を明らかにした。その結果、工具の超音波振動により表面形成におけるスクラッチ痕が抑制され、工具摩耗が大幅に低減できることが明らかになった。この技術は今後自由曲面金型加工への応用展開も期待される。さらに、自由曲面金型表面にグラフェン成膜するための準備として、平面への成膜特性の調査を行い、成膜可能な条件と成膜したグラフェン膜の厚さや断面構造などの実験観察を行った。これらの成果は今後のガラス成形実験へ大きく寄与すると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
単結晶ダイヤモンド工具を用いた金型の切削加工について、切りくず生成機構や加工面の形態そして工具摩耗などを実験観察し、表面粗さを最小化するための切削条件を見出した。また、切削における超音波振動援用の効果を明らかにした。さらに、平面金型表面にグラフェン成膜し、成膜可能であることが確認できたため、予定通りの成果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はこれまでの成果を踏まえて、自由曲面金型表面へグラフェン成膜を行い、ガラスプレス成形実験を実施し、マイクロ・ナノスケールの微細構造の大面積成形を行う際の界面現象を実験観察および分子動力学解析を行う予定である。
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