Explication of interface dynamics by optical operand friction analysis

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K03846
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: GOTO Masahiro 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主席研究員 (00343872)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 道子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 統合型材料開発・情報基盤部門, NIMS特別研究員 (50415171)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: オペランド解析 / 摩擦 / コーティング / 光照射 / 結晶配向性 / 電子励起 / トライボロジー / スパッタリング

Outline of Final Research Achievements

Can light change friction at the macro level? We proposed a new method for analyzing optical operand friction analysis, constructed the apparatus, and conducted the research. As a result, we found that the friction coefficient of metal oxide tribo-coatings in the macroscopic friction region was changed by light irradiation. It was also found that the change in friction coefficient depends on the optical wavelength. The friction coefficients of three different tribo-coatings were analyzed, and the optical wavelength dependence of the friction coefficients of these coatings was found to have unique characteristics.

Free Research Field

材料科学、物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで、摺動部に波長選択光を直接集光照射し、マクロレベルの摩擦係数の変化を大気・真空環境下で測定した例は、世界的に見て我々の知る限り無い。ナノレベルでは光のON-OFFで摩擦力が瞬時に可逆的に変化することは既に突き止めていた。本研究により、マクロレベルでも摩擦力が光照射により変化すること、また、光波長依存性があることを明らかにした。今後、表面電子励起状態の摩擦現象の研究などが進むことで、本現象の深い理解につながるであろう。当該手法で摩擦係数を大きく変化させられる光波長を決定し、それを発振するレーザー光などの照射により、将来、人為的に駆動部の摩擦力を制御することが可能となるかもしれない。