ファンデルワールスエピタキシーを用いたC60の超薄膜化とマイクロトライボロジー

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450068
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 大前 伸夫 神戸大学, 工学部, 教授 (60029345)
• 研究分担者: 田川 雅人 神戸大学, 工学部, 助教授 (10216806)
• キーワード: フラーレン / ファンデルワールスエピタキシー / マイクロトライボロジー / 原子間力顕微鏡

研究概要

フラーレンC_<60>のヘテロエピタキシャル成長のメカニズムを解明し、超薄膜にして優秀な摩擦特性を有する固体潤滑法の開発を目的とした。二硫化モリブデン(MoS_2)や高配向グラファイト(HOPG)ではファンデルワールスエピタキシーによってドメインサイズの大きな単結晶C_<60>薄膜の成長が確認された。アルカリハライドであるNaClやKBrでは三回対称のC_<60>薄膜がサブミクロンサイズで成長するものの、蒸着膜を増やすとともに三次元的に成長することが判った。シリコンの(001)面を水素終端した基板を用いた場合にはハイドライドの存在によって三次元成長がさらに著しくなり、アスペクト比の高いコラム構造となった。バッファ層としてAuを蒸着し、C_<60>のヘテロエピタキシャル成長実験を行った結果、10モノレイヤー程度の蒸着量から三次元成長が著しくなった。今年度の研究成果から、C_<60>のヘテロエピタキシーは、基板の特性に左右され、フランクファンデルメルヴェ型の層状成長(MoS_2,HOPG,マイカ)とヴォルマーウェーバー型の三次元(Si, Au)とに区別できることが判った。Au単結晶上へのエピタキシャル成長もヴォルマーウェーバー型を呈する傾向にあった。原子間力顕微鏡とそのラテラルフォース検出機能を用いてC_<60>薄膜のマイクロトライボロジー特性を考察した。ファンデルワールスエピタキシャル成長を示したMoS_2やHOPG上のC_<60>薄膜の摩擦係数は0.08〜0.14であり、固体潤滑薄膜としての役割をはたすものと考えられる。最も特徴的な結果は、摩擦特性が表面のマイクロジェオメトリに依存しないことであり、極めて安定な摩擦状態を与えることである。したがって、マイクロトライボロジーのオペレーティングシステムへの実用が現実のものとなってきたことを認めた。

研究成果

• [文献書誌] Ohmae, N. et al.: "Microtribological properties of fullerence C_<60>, carbon onion and other advanced carbon materials"Proc. 2^<nd> International Workshop on Microtribology. (in press). (2002)
• [文献書誌] 大前伸夫: "C_<60>薄膜の構造とトライボロジー特性"ニューダイヤモンド. 17・3. 26-27 (2001)
• [文献書誌] 大前伸夫: "トピックス、マイクロトライボロジーへの導入"トライボロジスト. 46・4. 311-312 (2001)
• [文献書誌] Ohmae, N., et al.: "Microstructure and tribology of ultrathin C_<60> films prepared by molecular beam epitaxy"Proc. International Tribology Conference. 715-719 (2000)
• [文献書誌] Ohmae, N., et al.: "MBE of fullerene C_<60> and its tribological applications"Int. Conf. On Metallurgical Coatings and Thin Films, Program and Abstracts. 110-110 (2000)
• [文献書誌] Nakagawa, H., et al.: "Microtribological properties of ultrathin C_<60> films grown by molecular beam epitaxy"Wear. 238. 45-47 (2000)
• [文献書誌] Ohmae, N.(共著): "Tribology of Mechanical Systems"ASME Press (in press). (2002)
• [文献書誌] 大前 伸夫(共著): "トライボラジーハンドブック"養賢堂. 908 (2001)