| 研究課題/領域番号 |
20K22477
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0402:ナノマイクロ科学、応用物理物性、応用物理工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
岡谷 泰佑 東北大学, 工学研究科, 助教 (80881854)
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| 研究期間 (年度) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | メタマテリアル / 潤滑膜厚センサ / 表面プラズモン / 金属ナノドットアレイ / トライボロジー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，MIM（Metal-Insulator-Metal）メタマテリアル構造を応用した高感度な潤滑膜厚センサを実現する．センサ表面近傍に形成した金属ナノドットアレイと接触対象となる金属表面の間に介在する潤滑膜は，MIMメタマテリアル構造における誘電体層と見なせる．誘電体層の厚み変化はMIMメタマテリアルの共振波長変化として検出できるため，潤滑膜厚がナノスケールの超薄膜潤滑において，従来の光干渉型の潤滑膜厚計よりも高感度に計測できる．本研究ではその原理検証を目的として，サブナノスケールでの潤滑膜厚を制御可能な実験セットアップを構築し，金属ナノドットアレイを形成したセンサ素子の評価を行う．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，MIM（Metal-Insulator-Metal）メタマテリアル構造を応用した高感度な潤滑膜厚センサを目指し，シミュレーションを用いた理論検討とセンサ素子の作製及び評価を行った．センサ表面近傍に形成した金属ナノドットアレイと接触対象となる金属表面の間に介在する潤滑膜は，MIMメタマテリアル構造における誘電体層と見なせる．誘電体層の厚み変化はMIMメタマテリアルの共振波長変化として検出できる．金属ナノドットアレイをSoG（Spin on Glass）膜内に封止したセンサ素子を作製し，反射率スペクトル測定を行ったところ，接触対象の金属との間隔変化に伴う共振波長変化を確認できた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年，エネルギー問題の要請から潤滑油の低粘度化が進み，分子レベルの吸着膜等による超薄膜潤滑への期待が高まっている．本研究で提案した潤滑膜厚センサは超薄膜潤滑の動的挙動をその場観察するために，従来の光干渉型を超える分解能を実現できる．サブナノスケールの潤滑膜を制御した状態での摩擦時の挙動は未だ明らかにされておらず，本研究で提案する潤滑膜厚センサはトライボロジーにおける新たな計測手法を与えるものである．また，MIMメタマテリアル構造を可動とし，誘電体の厚み計測に用いるという発想はこれまでになく新しいもので，潤滑膜厚センサや力センサ以外の高感度な各種フィジカルセンサへの応用も期待される．
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