2013 Fiscal Year Research-status Report
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25390009
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
平野 元久 岐阜大学, 工学部, 教授 (50362174)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 摩擦 / 超潤滑 / トライボロジー / 原子論 / 分子動力学 |
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| Research Abstract |
原子間相互作用がより複雑となる現実系において，超潤滑が安定に存在できるのかを見極めることを目的としている．不整合接触面では，全エネルギーはすべり距離に対して不変となり摩擦力がゼロとなる．表面間相互作用(凝着力)がある閾値以上に大きくなると，不整合接触面に局所的に整合構造が現れる構造相転移が生じ，原子は局所的にピン止めされエネルギー散逸が生じて摩擦が発生する．このように，不整合接触面では凝着力の増加に伴って摩擦力がゼロから有限へと転ずる摩擦転移が現れる．したがって，不整合接触面で摩擦転移が生ずると超潤滑は現れないことになる．これまでに，金属結合の現実系を古典的対ポテンシャルのモースポテンシャルでモデル化し，金属系での摩擦転移が調べられた．本研究では，実験で調べられたタングステンとシリコンの現実系で摩擦転移を調べるために，信頼性の高い原子間ポテンシャルを開発する．単純な電子構造の金属については，2体力(中心力)の対ポテンシャルが有用であるが，遷移金属や半導体などの電子構造の材料については，原子間相互作用の局所環境を考慮に入れた3体ポテンシャルを研究対象材料に応じて作成する必要がある．研究対象の材料・物性に対していろいろな3体ポテンシャルが提案されてきた．タングステン(W)とシリコン(Si)の摩擦系については，WーSi，Si，Wの原子間ポテンシャルの決定が必要となる．本研究ではこれまでに，摩擦の現実系ポテンシャルとして，適切な数のパラメータで表現でき，定量性の高いポテンシャルを作成した．
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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
摩擦系の対象材料である，タングステンとシリコンの平衡原子間距離，体積弾性率を第1原理計算で求めることにより，超潤滑の安定性を解析できる現実的な多体原子間ポテンシャルを作成することができた．また，今後，摩擦系の原子の平衡位置を効率的に求めることのできる，ハミルトニアンダイナミクスを活用した，エネルギー最適化計算のアルゴリズムを改良しそのプログラムを作成した．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに開発した，多体原子間ポテンシャルを，Si(001)面とW(011)面の摩擦系に適用し，格子ミスフィットに対する摩擦転移の発生の有無，すなわち，超潤滑の安定性を見極める．摩擦モデルとして，上の固体は5×5×5のダイアモンド構造の結晶(1625 原子数)であり，下の固体は18×18×2の面心正方格子(3423 原子数)とする．下の固体の原子を固定し，上固体の原子の平衡位置を求めて摩擦転移の条件式を評価する．このとき，タングステン表面については最密結晶面(硬い面)のW(011)面を用いるのが妥当と考えている．このようにして摩擦転移の条件式を調べ，超潤滑の接触条件であるシリコンとタングステンの不整合接触面では摩擦転移が生じるのか生じないのかを明らかにしたい．
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