2014 Fiscal Year Annual Research Report
一分子蛍光観察技術を応用した高分子摩擦・摩耗分子メカニズムの探求
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25630038
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
澤江 義則 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10284530)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | トライボロジー / 高分子 / 摩擦 / 移着 / 蛍光 / 全反射蛍光顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全反射蛍光観察機能を有する倒立型蛍光顕微鏡の観察ステージ上に設置可能な小型ピン・オン・プレート型摩擦試験機を開発し，球形の樹脂試験片とガラス試験片間の摩擦計測を行いながら，ガラス上への樹脂移着膜形成挙動を観察可能なシステムを構築した．このシステムを用い，Polyetheretherketone (PEEK)と表面性状の異なるガラス平板との間の摩擦試験を行った．PEEKは機械システムのしゅう動部に用いられる樹脂材料のうち，強い自家蛍光を持つことがよく知られた材料である．ここでは，蛍光顕微鏡の焦点をガラス表面に固定し，そこに移着したPEEKが発する自家蛍光を経時的に観察することにより，ガラス表面へのPEEK移着膜形成の動的挙動を捉えることを試みた．ただし，当初予定していた全反射蛍光観察では移着PEEKを十分に捉えることが出来なかったことから，落射照明による蛍光観察を行うこととした．取得した蛍光画像中のある位置における蛍光強度と，赤外分光光度計により得られた同位置の吸光スペクトル強度の間に良い相関が得られたことから，取得した蛍光像からガラス表面上における移着PEEKの定量的分布評価が可能と判断した．
この手法を用い， PEEK／ガラス間の摩擦挙動がガラス上へのPEEK転移膜形成の動的挙動に依存していることを実験的に明らかにした．表面粗さのRa値をそろえ，とがり度とひずみ度の異なる2種のガラス平板を用意し，両者の摩擦挙動を比較した．その結果，とがり度が負，ひずみ度が小のガラス表面では摩擦係数が徐々に上昇したのに対し，とがり度が正，ひずみ度が大となるガラス表面では，定常摩擦への遷移が認められ，摩擦が安定した．この定常摩擦への遷移は，ガラス表面への安定したPEEK移着膜形成によることを，蛍光像から求めた移着PEEK分布の経時変化から明らかにした．
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