| 研究課題/領域番号 |
21H01747
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
佐々木 成朗 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (40360862)
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| 研究分担者 |
三浦 浩治 電気通信大学, ナノトライボロジー研究センター, 客員教授 (50190583)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
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| キーワード | 超潤滑 / フラーレン / グラフェン / 接触 / 分子シミュレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的は、主に理論シミュレーションの立場から、ファンデルワールス層状物質/ナノカーボン分子界面が超潤滑性を示すメカニズムを、荷重と積層構造の相関に着目して解明することである。具体的には、分子動力学法を用いて、積層界面にかかる荷重を増加させたときの、摩擦力の変化をシミュレートして、摩擦力の荷重依存性を得る。次に、荷重の増加による界面の変形によって、どの層間滑りが支配的になるのかを明らかにする。そして摩擦力顕微鏡の測定結果を考慮して、摩擦の荷重依存性のメカニズムを解明し、荷重と積層の相関を考慮した超潤滑制御の提案を目指す。
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| 研究成果の概要 |
層状物質や半導体、金属界面の滑り過程の荷重・サイズ依存性を、最大静摩擦力と動摩擦力の変化として調べた。分子力学シミュレーションにより、層状物質界面（C60/グラファイト界面）における低荷重領域での平均水平力の荷重依存性から、封入C60分子の配向が走査方向の異方性よりも動摩擦に大きな影響を与えることが判明した。分子配向は押し込み硬さにも強く影響する。低荷重領域(平均荷重 < 1 nN)でアモントン・クーロン則は成立するが、高荷重領域では破綻した。一方、半導体シリコンでピラー列を構成した表面では、ピラー径がマイクロメートル以下になる領域で動摩擦特性から静摩擦特性に移行することを見出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
マクロサイズの部品の摩耗や破壊に起因する機械の故障による経済損失は年間10数兆円に達するため、摩擦の制御は産業上の要請である。一方、ナノメートルサイズでは部品に働く相互作用由来の摩擦や凝着が著しく増大し、物体のスムーズな運動は著しく阻害される。したがって研究成果の社会的意義は、摩擦制御の指導原理の提案による微細部品のスムーズな稼働を通して、次世代省エネルギー技術の開発、ひいてはSDGsやカーボンニュートラルに貢献することである。一方、ナノサイズからマクロサイズまで全ての階層で現れる摩擦現象の普遍的な物理法則をマルチスケールトライボロジーという新たな学理に落とし込むという学術的意義も有している。
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