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超低摩擦技術開発のための量子化学に基づく「なじみ」と「焼付き」の理論基盤の構築

研究課題

研究課題/領域番号 26249011
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 設計工学・機械機能要素・トライボロジー
研究機関東北大学

研究代表者

久保 百司  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90241538)

研究分担者 足立 幸志  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10222621)
樋口 祐次  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (30613260)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
32,240千円 (直接経費: 24,800千円、間接経費: 7,440千円)
2016年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
2015年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
2014年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円)
キーワード超低摩擦 / 量子化学 / トライボロジー / なじみ / 焼付き
研究成果の概要

開発した第一原理分子動力学法とTight-Binding量子分子動力学法に基づくトライボ化学反応シミュレータを活用し、窒化炭素膜、炭化ケイ素膜などの多様な潤滑膜におけるなじみと焼付きのメカニズム解明を実現し、焼付き防止策を理論的に提言した。また潤滑膜によってトライボ化学反応が大きく異なることを明らかにした。さらに当初の予定には無い、より大規模計算が可能なReaxFF分子動力学法に基づくトライボ化学反応シミュレータも開発した。計算によって明らかにされたなじみと焼付き現象は実験的にも検証された。さらに、なじみと焼付きの先にある摩耗の理論的解明と摩耗防止策の提言にも成功し、計画以上の成果が得られた。

報告書

(4件)
  • 2016 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 3件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (30件) (うち国際学会 10件、 招待講演 26件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Ecole de Centrale de Lyon/INSA Lyon(フランス)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Ecole Centrale de Lyon/INSA Lyon(フランス)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [国際共同研究] Shenzhen University/Xi’an Jiaotong University(中国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Diamond-Like Carbon Coating under Oleic Acid Lubrication: Evidence for Graphene Oxide Formation in Superlow Friction2017

    • 著者名/発表者名
      M. I. De Barros Bouchet, J. M. Martin, J. Avila, M. Kano, K. Yoshida, T. Tsuruda, S. Bai, Y. Higuchi, N. Ozawa, M. Kubo, and M. C. Asensio
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 7 号: 1 ページ: 46394-46394

    • DOI

      10.1038/srep46394

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Coarse-Grained Molecular Dynamics Simulation of Void Growth Process in the Block Structure of Semicrystalline Polymers2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Higuchi and M. Kubo
    • 雑誌名

      Model. Simul. Mater. Sci. Eng.

      巻: 24 号: 5 ページ: 055006-055006

    • DOI

      10.1088/0965-0393/24/5/055006

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Atomistic Mechanisms of Chemical Mechanical Polishing of a Cu Surface in Aqueous H2O2: Tight-Binding Quantum Chemical Molecular Dynamics Simulations2016

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Kawaguchi, Hiroshi Ito, Takuya Kuwahara, Yuji Higuchi, Nobuki Ozawa, and Momoji Kubo
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: - 号: 18 ページ: 11830-11841

    • DOI

      10.1021/acsami.5b11910

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Large-Scale Coarse-Grained Molecular Dynamics Simulation Based on MPI Parallel Computing: Mechanical Properties of Polymers in Molecular Scale2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Higuchi and M. Kubo
    • 雑誌名

      HPCS Series

      巻: - ページ: 9-14

    • NAID

      170000164313

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Computational Study on Low Friction Mechanism of Diamond-Like Carbon Induced by Oxidation Reaction2016

    • 著者名/発表者名
      S. Bai, J. Xu, Y. Higuchi, N. Ozawa, K. Adachi, S. Mori, K. Kurihara, and M. Kubo
    • 雑誌名

      Proceedings of the 16th International Conference on Nanotechnolog

      巻: - ページ: 941-943

    • DOI

      10.1109/nano.2016.7751361

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Origin of Chemical Order in a-SixCyHz: Density-Functional Tight-Binding Molecular Dynamics and Statistical Thermodynamics Calculations2016

    • 著者名/発表者名
      T. Kuwahara, H. Ito, K. Kawaguchi, Y. Higuchi, N. Ozawa, and M. Kubo
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 120 号: 5 ページ: 2615-2627

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b08561

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tight-Binding Quantum Chemical Molecular Dynamics Simulations for the Elucidation of Chemical Reaction Dynamics in SiC Etching with SF6/O2 Plasma2016

    • 著者名/発表者名
      H. Ito, T. Kuwahara, K. Kawaguchi, Y. Higuchi, N. Ozawa, and M. Kubo
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 18 号: 11 ページ: 7808-7819

    • DOI

      10.1039/c5cp06515a

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanoscratching of Multi-Layer Graphene by Molecular Dynamics Simulations2015

    • 著者名/発表者名
      Q. Zhang, D.F. Diao, and M. Kubo
    • 雑誌名

      Tribology Intern.

      巻: 88 ページ: 85-88

    • DOI

      10.1016/j.triboint.2015.03.004

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Different Dynamic Behaviors of the Dissociation and Recombination Reactions in a Model Calculation of Polyethylene by First-Principles Steered Molecular Dynamics Simulation2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Higuchi, T. Ishikawa, N. Ozawa, L. Chazeau, J.-Y. Cavaille and M. Kubo
    • 雑誌名

      Chem. Phys.

      巻: 459 ページ: 96-101

    • DOI

      10.1016/j.chemphys.2015.08.007

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The reason why thin-film silicon grows layer by layer in plasma-enhanced chemical vapor deposition2015

    • 著者名/発表者名
      Takuya Kuwahara, Hiroshi Ito, Kentaro Kawaguchi, Yuji Higuchi, Nobuki Ozawa, Momoji Kubo
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 号: 1 ページ: 9052-9052

    • DOI

      10.1038/srep09052

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tight-binding quantum chemical molecular dynamics simulations of the low friction mechanism of fluorine-terminated diamond-like carbon films2014

    • 著者名/発表者名
      Shandan Bai, Hiroki Murabayashi, Yoshihiko Kobayashi, Yuji Higuchi, Nobuki Ozawa, Koshi Adachi, Jean Michel Martin, and Momoji Kubo
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 4 号: 64 ページ: 33739-33748

    • DOI

      10.1039/c4ra04065a

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンの ダイヤモンドライクカーボン膜上での トライボケミカル反応:量子分子動力学シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      H. Murabayashi, T. Tsuruda, Y. Wang, Y. Kobayashi, S. Bai, Y. Higuchi, N. Ozawa, K. Adachi, and M. Kubo
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 13 号: 3 ページ: 177-178

    • DOI

      10.2477/jccj.2014-0034

    • NAID

      130004694027

    • ISSN
      1347-1767, 1347-3824
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] マテリアルズインフォーマティクスのための計算化学と材料設計2017

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      日本電子材料技術協会セミナー
    • 発表場所
      早稲田大学、東京
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 現場を見据えたマルチフィジックス計算科学シミュレーション技術~実際の適用例とその成果、今後の課題と可能性~2017

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      情報機構セミナー
    • 発表場所
      大田区産業プラザ、東京
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子分子動力学法によるダイヤモンドライクカーボンとMoDTCのトライボ化学反応ダイナミクス2016

    • 著者名/発表者名
      久保百司、村林宏紀、渡瀬恵子、大谷優介、西松毅、樋口祐次、尾澤伸樹
    • 学会等名
      第27回内燃機関シンポジウム
    • 発表場所
      東京工業大学、東京
    • 年月日
      2016-12-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Quantum Chemical Molecular Dynamics Simulations on Control of Tribochemical Reaction Dynamics for Design of Super-Low Friction System2016

    • 著者名/発表者名
      Momoji Kubo
    • 学会等名
      EMN Phuket Meeting 2016 Energy Materials and Nanotechnology
    • 発表場所
      Phuket, Thailand
    • 年月日
      2016-11-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Tight-Binding Quantum Chemical Molecular Dynamics Simulations on Tribochemical Reaction Dynamics of Diamond-Like Carbon Thin Films2016

    • 著者名/発表者名
      Momoji Kubo
    • 学会等名
      8th International Conference on Multiscale Materials Modeling
    • 発表場所
      Dijon, France
    • 年月日
      2016-10-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Superlubricity of ta-C with Oleic Acid Evidence for Graphene Oxide Formation2016

    • 著者名/発表者名
      Momoji Kubo, De Barros Bouchet Maria Isabel, and Jean Michel Martin
    • 学会等名
      TFC ElyT Workshop 2016
    • 発表場所
      Zao, Japan
    • 年月日
      2016-10-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 計算科学による超低摩擦材料設計のための摩擦プロセスシミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      第65回高分子討論会
    • 発表場所
      神奈川大学横浜キャンパス、横浜
    • 年月日
      2016-09-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Tight-Binding Quantum Chemical Molecular Dynamics Simulations on Synthesis and Etching Processes of Silicon Carbide2016

    • 著者名/発表者名
      Momoji Kubo
    • 学会等名
      PRICM9
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-08-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Super-Low Friction Property of Si-doped Diamond-Like Carbon by the Generation of Graphene Structure: Quantum Chemical Molecular Dynamics Simulations2016

    • 著者名/発表者名
      Momoji Kubo, Shandan Bai, Miho Nakamura, Yuji Higuchi, Nobuki Ozawa
    • 学会等名
      CIMTEC 2016
    • 発表場所
      Perugia, Italy
    • 年月日
      2016-06-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Super-Low Friction Mechanism of Diamond-Like Carbon Thin Films: Tight-Binding Quantum Chemical Molecular Dynamics Simulations2016

    • 著者名/発表者名
      Momoji Kubo
    • 学会等名
      Global Nanotechnology Congress and EXPO
    • 発表場所
      Dubai, United Arab Emirates
    • 年月日
      2016-04-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マルチフィジックス計算科学シミュレーションとデータ科学2016

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      分子技術と理論計算・データ科学
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス、大阪
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum Chemical Molecular Dynamics Simulations on Tribological and Mechanical Properties of Diamond-Like Carbon2016

    • 著者名/発表者名
      Momoji Kubo
    • 学会等名
      BIT’s 2nd Annual World Congress of Smart Materials 2016
    • 発表場所
      Singapore, Singapore
    • 年月日
      2016-03-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] スーパーコンピュータを活用した計算科学2016

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      第7回ナノテク・低炭素化材料技術シンポジウム
    • 発表場所
      東北大学原子分子材料科学高等研究機構、仙台
    • 年月日
      2016-01-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 摩擦と化学反応が複雑に絡み合ったトライボ化学反応の計算科学シミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      2016年度第1回トライボケミストリー研究会
    • 発表場所
      函館市民会館、函館
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 計算科学シミュレーションによるダイヤモンドライクカーボンの超低摩擦機能の設計2016

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      産業技術連携推進会議製造プロセス部会表面技術分科会平成28年度第3回DLC技術研究会
    • 発表場所
      宮城県自治会館、仙台
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 計算科学シミュレーションの“現場”での活用ポイント・ノウハウ~各種ナノ材料設計、成膜、半導体・ナノ加工~2015

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      情報機構セミナー
    • 発表場所
      大田区産業プラザ、東京
    • 年月日
      2015-11-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of Multi-Physics Simulators Based on Quantum Chemical Molecular Dynamics Method for Tribology, MEMS, and Energy Systems2015

    • 著者名/発表者名
      Momoji Kubo
    • 学会等名
      The 10th Anniversary General Meeting of ACCMS-VO (Asian Consortium on Computational Materials Science - Virtual Organization)
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2015-11-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 摩擦と化学反応が複雑に絡み合ったマルチフィジックス現象の計算科学シミュレーション2015

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      東北大学大学院薬学研究科セミナー
    • 発表場所
      東北大学大学院薬学研究科、仙台
    • 年月日
      2015-10-23
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum Chemical Molecular Dynamics Simulations on Tribochemical Reaction Dynamics and Its Influence on Mechanical Properties2015

    • 著者名/発表者名
      Momoji Kubo
    • 学会等名
      International Workshop on Multiscale Computations on Mechanical Properties
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2015-10-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of Multi-Physics and Multi-Scale Simulators on MEMS, Semiconductor, and Tribology Processes2015

    • 著者名/発表者名
      Momoji Kubo
    • 学会等名
      Xi’an Jiaotong University MEMS Seminar
    • 発表場所
      Xi’an, China
    • 年月日
      2015-09-02
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 化学反応を考慮したマルチフィジックスシミュレータの開発とマルチスケールへの展開2015

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      第2回計算科学を活用した機能性材料開発ワークショップ
    • 発表場所
      新エネルギー・産業技術総合開発機構本部、川崎
    • 年月日
      2015-06-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子化学に基づくマルチフィジックス・マルチスケールシミュレータの開発とシステム・材料設計への応用2015

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2015春季年会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス、東京
    • 年月日
      2015-05-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子分子動力学法によるトライボロジーシミュレーション2015

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      トライボロジー会議2015春
    • 発表場所
      姫路商工会議所、姫路
    • 年月日
      2015-05-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multi-Physics Quantum Chemical Molecular Dynamics Simulations for the Design and Control of Chemical Reaction Dynamics2015

    • 著者名/発表者名
      Momoji Kubo
    • 学会等名
      Theoretical Chemistry Colloquium
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2015-05-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of Multi-Physics Simulator Based on First-Principles and Tight-Binding Quantum Chemical Molecular Dynamics Method2015

    • 著者名/発表者名
      Momoji Kubo
    • 学会等名
      2015 Symposium on Material Science and Energy Perspectives
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2015-04-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multi-Physics Simulations on Growth and Tribology Processes of Diamond-Like Carbon Thin Films2015

    • 著者名/発表者名
      Momoji Kubo
    • 学会等名
      ISPLASMA 2015
    • 発表場所
      Nagoya, Japan
    • 年月日
      2015-03-26 – 2015-03-31
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] トライボ化学反応ダイナミクスのマルチフィジックスシミュレーション2015

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      トライボロジー懇談会
    • 発表場所
      東北大学青葉山キャンパス
    • 年月日
      2015-01-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 計算科学シミュレーション技術の基礎と各応用事例~現場で“使える”計算科学~2014

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      情報機構セミナー
    • 発表場所
      江東区産業会館
    • 年月日
      2014-11-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] トライボロジーシミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      久保百司
    • 学会等名
      グリーントライボ・ネットワーク夏の学校2014
    • 発表場所
      東北大学電気通信研究所ナノスピン棟
    • 年月日
      2014-07-14 – 2014-07-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Tribochemical Reaction Dynamics by First-Principles and Tight-Binding Quantum Chemical Molecular Dynamics Methods2014

    • 著者名/発表者名
      Momoji Kubo
    • 学会等名
      13th International Ceramics Congress & 6th Forum on New Materials
    • 発表場所
      Montecatini Terme, Italy
    • 年月日
      2014-06-08 – 2014-06-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 表面・界面技術ハンドブック2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤 寿、桑原卓哉、樋口祐次、尾澤伸樹、久保百司
    • 総ページ数
      858
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 東北大学金属材料研究所計算材料学研究部門 久保研究室

    • URL

      http://www.simulation.imr.tohoku.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 東北大学久保研究室(金属材料研究所 計算材料学研究部門)

    • URL

      http://www.simulation.imr.tohoku.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-22  

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