2022 Fiscal Year Annual Research Report
Overcoming weaknesses and elucidating tribological phenomena by a new trial of molecular dynamics analysis considering experimental results
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20K04235
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
清水 淳 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40292479)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
周 立波 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (90235705)
小貫 哲平 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (70400447)
尾嶌 裕隆 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (90375361)
山本 武幸 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 技術職員 (40396594)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 分子動力学 / 原子間ポテンシャル / 摩擦 / 接触試験 / 環境 / スクラッチ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は、分子動力学シミュレーションにおける弱点の克服のため、前年度までに試みた、実験結果や文献調査結果から類推したポテンシャルパラメータを利用した分子動力学シミュレーション結果との比較検証のために、銅と亜鉛に対し、走査型プローブ顕微鏡上において大気中で、単結晶ダイヤモンドプローブを用いて、ナノすべりとスクラッチ試験を実施した。その結果、銅と亜鉛ともに、摩擦係数は低荷重領域において0.15～0.3程度の値を示すのに対し、ある荷重を超過するとそれは急増し、表面酸化膜が十分に破壊されたとみなされる荷重になると、1以上にもなることが観測された。この結果は前年度に酸化膜強度を内部の2倍とみなして試みた単結晶銅の分子動力学シミュレーション結果とよく似ており、開発した手法の有効性が確認された。
また、前年度に構築した、ポテンシャル制御を用いたシリコンウエハの化学作用援用研磨における材料除去メカニズム解析のための分子動力学モデルを用いて、シリコンウエハ表面の弱体化条件を5種類に変化させたシミュレーションを実施し、最も弱体化を強くした条件下での結果が、化学機械研磨で観測される現象を最もよく再現することを明らかにし、その成果は学会誌論文に採択された。この結果も、開発した手法の有効性を示すものといえる。
3年間の研究の結果、原子間ポテンシャルパラメータを接触実験結果や文献調査の結果から類推して分子動力学モデルに導入するという本研究の手法は、従来困難とされてきた実験結果と分子動力学シミュレーション結果との直接的な比較に有効であり、分子動力学シミュレーションと実験との歩み寄りの一つの有効手段となり得ると考えられる。
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