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Study on operand observation and analysis of buried interface on tribology

Research Project

Project/Area Number 18H01361
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

柳沢 雅広  早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, その他(招聘研究員) (20421224)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 齋藤 美紀子  早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, 上級研究員(研究院教授) (80386739)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2019: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Keywordsトライボロジー / 表面増強ラマン散乱分光法 / プラズモニクス / 埋もれた界面 / 表面増強ラマン散乱 / 時間分解測定 / 表面・界面物性 / 接触 / オペランド測定 / 表面増強ラマン分光 / 潤滑
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、最も複雑な界面現象であるトライボロジーにおける摩擦、摩耗、潤滑現象が係わる動的埋もれた界面を、機械物性と化学構造の同時測定手法を開発することによりそのメカニズムを明らかにすることを目的とする。2021年度(令和3年度)では、計測装置は2020年度で完成したことから、今年度はさまざまな材料系におけるトライボロジー界面の観察と解析を行った。特に、金属または金属酸化物およびそれらに被覆した潤滑剤材料の熱的化学構造変化を新規に開発したレーザーパワースキャン機構を用いて変化が生じる温度を計測し、摺動状態と比較することにより触媒作用のあるFeやNiなどの金属およびFe酸化物、Co酸化物が潤滑剤の熱分解温度を触媒作用により下げることを明らかにした。また摺動界面ではそれらの分解反応が低温でさらに加速されることを明らかにした。これはトライボケミカル反応が潤滑材料の触媒作用をさらに強めて酸化反応や炭化反応を促進させることがわかった。またそれらの反応により摩擦力も減少させるケースと逆に増大させるケースが観察され、界面に形成される反応層の種類によって異なることが明らかになった。さらに-30℃までの低温における界面計測機構を開発し、液体水や氷との界面に高結晶性の層が存在することを明らかにした。また多共焦点ラマン分光装置によりSiの摩擦界面において非晶質Siの動的形成が観察され、摩擦の変動が小さくなることが観察された。摩擦領域とラマン観察領域を同一でビデオで同時観察することに成功した。さらに引張り試験におけるポリエチレンフィルムの変形および切断時の観察を行い、非晶質から結晶質への転移が起きることを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

研究は、当初の計画以上に進んでいる。初年度の第一段階で開発した計測装置をベースに新規にラマン分光法とエリプソメータを組み合わせた偏光解析装置、ブリュアン散乱/ラマン散乱ハイブリット分光法、レーザーパワースキャン機構などの新規開発計測手法が完成し、それらの手法を駆使して、トライボロジーの埋もれた界面の現象解明をFe、Ni、Coなどの金属やそれらの酸化物などさまざまな材料系に展開してメカニズム解明を行っている。さらに当初の計画にはなかった低温での摺動界面計測機構を開発し、界面に存在する高結晶性層の存在を明らかにした。他にも摺動時の新しい現象が次々と見つかっており、今後の解析が期待される。

Strategy for Future Research Activity

今後は最終年度にむけて、DLC膜やグラフェン膜の摺動界面や高分子材料とくにゴム材の摺動界面を水潤滑や氷潤滑などの低温摺動界面のメカニズムにも拡張し、動的埋もれた界面のさらに広範な理解につなげていく予定である。それにより当初計画していた統合解析を行い極めて複雑なトライボロジー界面の現象とそれを元にした材料設計の可能性をアピールする。さらに引張り界面、押し込み界面や接着界面など摺動以外の動的界面の測定解析にも拡張する予定である。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(22 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018

All Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Presentation] プラズモニックセンサを用いた熱アシスト磁気記録用保護膜および潤滑膜の寿命推定2022

    • Author(s)
      柳沢 雅広,國本 雅宏、ベルツ モルテン,本間 敬之
    • Organizer
      日本機械学会IIP2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 次世代高密度磁気ディスク用単層グラフェン保護膜の提案2022

    • Author(s)
      柳沢 雅広,國本 雅宏、ベルツ モルテン,本間 敬之
    • Organizer
      日本機械学会IIP2022
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁気ディスク用フッ素系潤滑油のトライボ触媒分解反応の解析2022

    • Author(s)
      柳沢 雅広,國本 雅宏、ベルツ モルテン,本間 敬之
    • Organizer
      日本機械学会IIP2022
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] トライボロジー界面計測の新技術コンセプト2021

    • Author(s)
      柳沢 雅広、ベルツ モルテン、國本 雅宏、本間敬之
    • Organizer
      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2021年春東京
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ライボロジーのオペランド観察(第7報)-潤滑油の化学反応2021

    • Author(s)
      柳沢 雅広、ベルツ モルテン、國本 雅宏、本間敬之
    • Organizer
      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2021年春東京
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Operando Observation of Wear during Sliding using Multipoint Raman Microscopy2021

    • Author(s)
      ベルツ モルテン、柳沢 雅広、國本 雅宏、本間 敬之
    • Organizer
      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2021年春東京
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      2021 Annual Research Report
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    • Author(s)
      山口 健、ベルツ モルテン、柳沢 雅広、本間 敬之
    • Organizer
      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2021年春東京
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面増強ラマン散乱を用いたセリア表面の吸着ポリマの水中観察2021

    • Author(s)
      李 相哲、野村 理行、柳沢 雅広、本間 敬之
    • Organizer
      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2021年春東京
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面増強ラマン分光法による衛生設備機器/水垢界面の分析2021

    • Author(s)
      古賀 遼、園川 沙織、二宮 貢治、有馬 志織、柳沢 雅広、本間 敬之
    • Organizer
      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2021年春東京
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] トライボロジーのオペランド観察(第8報)-潤滑油のトライボ触媒反応2021

    • Author(s)
      柳沢 雅広、ベルツ モルテン、國本 雅宏、本間敬之
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      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2021年秋松江
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノスケール接着界面の計測・解析2021

    • Author(s)
      柳沢 雅広、ベルツ モルテン、國本 雅宏、本間敬之
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      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2021年秋松江
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Visualizing Stress Distributions Using Raman Imaging Combined with Machine Learning2021

    • Author(s)
      ベルツ モルテン、柳沢 雅広、國本 雅宏、本間 敬之
    • Organizer
      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2021年秋松江
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノ隙間における固液界面分子構造の表面増強ラマン分光解析2021

    • Author(s)
      吉田 立樹、國本 雅宏、本間 敬之、柳沢 雅広
    • Organizer
      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2021年秋松江
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] エラストマー変形時における表面及び内部変化の計測・解析2021

    • Author(s)
      山口 健、ベルツ モルテン、柳沢 雅広、本間 敬之
    • Organizer
      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2021年秋松江
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] マルチメッセンジャープローブによるトライボロジー界面の解析2020

    • Author(s)
      柳沢 雅広、國本雅宏、本間敬之、イゴーリ クドゥリァショフ、ドミトリ ディレヴィヤンチュク、武智英明、河村賢一
    • Organizer
      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2020年秋別府
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] トライボロジーのオペランド観察(第6報)2020

    • Author(s)
      柳沢 雅広、ベルツ モルテン、國本 雅宏、本間 敬之
    • Organizer
      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2020年秋別府
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] STI-CMPスラリにおける添加剤ポリマの基板への吸着特性観察2020

    • Author(s)
      李相哲、野村理行、柳沢雅広、本間敬之
    • Organizer
      日本トライボロジー学会トライボロジー会議2020年秋別府
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] マルチセンサアレイによる極薄DLC膜、潤滑膜の耐熱特性測定・解析2019

    • Author(s)
      柳沢雅広、ベルツモルテン、齋藤美紀子、國本雅宏、本間敬之
    • Organizer
      トライボロジー学会トライボロジー会議2019春 東京
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  • [Presentation] HAMR Emulation using Plasmonic Sensor Arrays2019

    • Author(s)
      Masahiro Yanagisawa, Mikiko Saito, Masahiro Kunimoto, Takayuki Homma
    • Organizer
      ISPS 2019
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observation of Tribological Buried Interface using Surface-Enhanced Raman Spectroscopy2019

    • Author(s)
      Masahiro Yanagisawa, Morten Bertz, Mikiko Saito, Masahiro Kunimoto, Takayuki Homma
    • Organizer
      ITC 2019
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ラマン分光法を用いたトライボロジーのオペランド観察(第3報)2018

    • Author(s)
      柳沢 雅広、齋藤 美紀子、國本 雅宏、本間 敬之
    • Organizer
      トライボロジー学会トライボロジー会議2018春 東京
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ラマン分光法を用いたトライボロジーのオペランド観察(第4報):高速摺動時の界面温度と化学変化の同時観察2018

    • Author(s)
      柳沢 雅広、齋藤 美紀子、國本 雅宏、本間 敬之
    • Organizer
      トライボロジー学会トライボロジー会議2018秋 伊勢
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      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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