2014 Fiscal Year Annual Research Report
グラファイト／Ｃ６０／グラファイト構造におけるナノベアリング機構の解明
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23560022
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
鈴木 勝 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (20196869)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三浦 浩治 愛知教育大学, 教育学部, 教授 (50190583)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2015-03-31
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| Keywords | 動摩擦 / QCM-AFM / グラファイト / C60 / ナノベアリング / トムリンソンモデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
摩擦で失われるエネルギーは国民総生産(GNP)の約数パーセント(10 数兆円) に上り，エネルギー利用の効率化には摩擦の軽減・潤滑が求められている．現在、原子間力顕微鏡(AFM) を始めとする新しい実験法の開発により，原子・分子スケールで摩擦のメカニズムの解明を目指すナノトライボロジーが発展している。2003 年，研究分担者・三浦らは，グラファイト
に蒸着されたC60 単分子層をグラファイトで挟んだ構造(Gr/C60/Gr) を用意してAFM によって水平力を測定した。その結果、探針荷重が100 nN以下では水平力が非常に小さい低摩擦状態であることが明らかになった。研究の目的は、『グラファイト/C60/グラファイト構造(Gr/C60/Gr) におけるナノベアリング機構の解明』であり，この系に特異な現象である低摩擦状態を動摩擦のエネルギー散逸測定と数値計算によって明らかにすることである。
本研究は新しく開発したAFM-QCM装置を利用しナノすべりの動摩擦測定を行った。AFM-QCM装置は、AFM探針では荷重を測定し、QCMではすべり距離の制御してエネルギー散逸を測定する。実験ではナノベアリング機構を明らかにするためにC60分子が自由に回転できる吸着基板として平坦金を準備し、平均膜厚5分子と1分子であるC60蒸着膜について5 nN程度の微小荷重で動摩擦測定を行った。測定の結果をグラファイト基板と比較することで、C60蒸着膜すべり距離が小さい領域ではエネルギー散逸が大きいことが明らかになった。これはC60分子に探針によるずりが加わることでC60分子の転がり等が起ることで説明される。また数値計算によると転がりにより探針のスティック‐スリップ運動が抑制される。以上からC60分子の運動がこの系の動摩擦の特性を決めていることが明らかになった。
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