2014 Fiscal Year Annual Research Report
等質粒径カーボンオニオンの合成および弾性球接触を利用した摩擦制御への応用
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25249010
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
加藤 孝久 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60152716)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
崔 ジュン豪 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30392632)
川口 雅弘 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, その他部局等, 研究員 (40463054)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | カーボンオニオン / イオン注入 / 摩擦特性 / CNP成長 / 超潤滑 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，触媒となる銀薄膜構造内においてナノカーボン粒子がイオン注入により生成・成長するプロセスについて解明を行った．続いて，カーボンイオン注入後に銀薄膜を蒸発させ，基板上に残存する粒子膜の構造の合成方法を確立し，また合成された粒子膜の評価を行った．具体的には銀薄膜の初期構造により変化する粒子単体および粒子膜の構造を観察し，粒子膜の合成プロセスについて考察を行った．
実験的には、まずアセトンで洗浄したシリコン基板上に銀薄膜をスパッタリングで成膜を行い，その後PBII法を用いてカーボンイオンを銀薄膜中に注入した．注入された薄膜を真空蒸発装置を用いて熱処理を十分に行い，基板上に残ったカーボン粒子膜を評価した． 銀薄膜の初期構造の制御は，スパッタリング成膜時に基板を加熱することにより行った．加熱温度は，非加熱，150℃および350℃である．PBII法の条件は以下のとおりである．PBII法はバイポーラPBII装置を用い，基板にパルス電圧を直接印加してプラズマ励起およびイオン注入を行った．バイアス電圧は20kVであり，注入時間は4時間とした．出発原料はメタンを使用した．その後10-4Paの真空中において750℃で数時間加熱し銀を蒸発した．カーボン粒子および粒子膜の観察はSEMおよびTEMを用いた．粒子膜の元素分析にはEDX装置を用いた．
以上の実験に考察を加え，イオン注入における各パラメータの影響を検証するとともに，そのメカニズムを明らかにした．粒子ははじめ直径20nm程度まで成長するものの，それ以上は成長しないことが分かった．すなわち粒径のそろったカーボンオニオンを生成することが可能となり，さらに，熱処理温度を最適化することで配列したカーボンオニオンのみからなる膜を生成できることが明らかになった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では、カーボンオニオンを分散させた炭素膜によって摩擦制御を狙っているが、これに加えて、超潤滑（摩擦係数が0.01以下）を発現させることがわかり、その方面に関しても研究を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
超潤滑を起こさせる摩擦環境について詳細に検討を行う。
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