単原子先鋭化金属針が拓く極限微小摩擦と接触型ナノ機械素子の研究

• 研究課題/領域番号: 18K18799
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 木塚 徳志 筑波大学, 数理物質系, 教授 (10234303)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 摩擦 / 探針 / 凝着 / 摩耗 / 電子顕微鏡 / その場観察 / 原子直視観察 / 機械素子 / 原子

研究成果の概要

その場透過型電子顕微鏡法を基盤手法として、単原子先鋭化極限微小針を作製する方法を確立して、強固な微小針を創製した。様々な微小針を、他の微小針、基板、材料表面と接触させて、微小領域の凝着・摩擦を起こし、その原子挙動をその場で観察して機構を解明した。この微小凝着・摩擦を軽減・回避する条件を見出し、ナノメートルサイズの接触型機械素子を実現する道を切り拓いた。単原子先鋭化金属針が拓く極限微小摩擦とナノメートルサイズの接触型機械素子の研究に関して掲げられた本研究の目的が達成され、摩擦とナノメートルサイズ機械素子に関わる研究・開発に対して、大きな貢献がなされた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ナノメートルサイズの接触型機械素子の実現と進歩は、ナノメートル領域の凝着や摩擦、さらにその結果生じる磨耗をいかに抑制できるかにかかっている。そのためには、これらの過程と機構の解明が必要になる。本研究では、本研究代表者が開発した最先端構造解析法を用いて、このナノメートル領域の凝着、摩擦および磨耗の様相を解明した。本研究の成果は、接触型ナノ機械素子を開発するために必要な数ナノメートルよりも狭い接触領域で生じる凝着や摩擦の研究を開拓し、関連する技術を発展させ、社会に貢献した。