フラーレンー黒鉛ハイブリッド超潤滑材料表面解析用摩擦力顕微鏡シミュレータの開発

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20360022
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 成蹊大学
• 研究代表者: 佐々木 成朗 成蹊大学, 理工学部, 教授 (40360862)
• 連携研究者: 三浦 浩治 愛知教育大学, 教育学部, 教授 (50190583) ; 板村 賢明 成蹊大学, 理工学部, 助手 (90433854)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: 走査プローブ顕微鏡 / トライボロジー / フラーレン / 表面・界面物性 / ナノ材料 / 超潤滑 / 接着 / グラフェン

研究概要

フラーレン-黒鉛ハイブリッド超潤滑界面の摩擦過程を分子力学法で計算するシミュレータを開発し、本界面が走査方向に対して格子の整合・不整合に由来する顕著な異方性を示す事を明らかにした。特に整合性の良い[1010]方向の超潤滑の起源が、(1)C_<60>分子の微小回転(傾き)、(2)C_<60>分子とグラファイトとの点的接触及びそれが誘起するC_<60>分子の弾性変形である事を示した。そして[1230]方向の近似的なゼロ摩擦の出現理由が、隣接する2極小点間のエネルギーバリアが走査過程中消失しないで、常に存在するためである事を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Unique Near-Zero Friction Regime of C_<60> Molecular Bearings Along [1230] Direction (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Itamura, H.Asawa, K.Miura, N.Sasaki
  • 雑誌名: J.of Phys. : Conference Series 258 ページ: 0120131-0120139
• [雑誌論文] In-situ TEM Observation of Nano Bonding Formation between Silicon MEMS Tips at Room Temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Ishida, K.Kakushima, N.Sasaki, H.Fujita
  • 雑誌名: Nanotechnology 21 ページ: 4357051-4357055
• [雑誌論文] Simulated Nanoscale Peeling Process of Monolayer Graphene Sheet-Effect of Edge Structure and Lifting Position (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki, H.Okamoto, S.Masuda, K.Miura, N.Itamura
  • 雑誌名: J.Nanomat. ページ: 74212701-74212712
• [雑誌論文] Nanocomposite Materials of Alternately Stacked C_<60> Monolayer and Graphene (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Ishikawa, S.Kamiya, S.Yoshimoto, M.Suzuki, D.Kuwahara, N.Sasaki, K.Miura
  • 雑誌名: J.Nanomat. ページ: 8915141-8915146
• [雑誌論文] Atomic-Scale Friction of Monolayer Graphenes with Armchair-and Zigzag-Type Edges During Peeling Process (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki, H.Okamoto, N.Itamura, K.Miura
  • 雑誌名: e-J.Surf.Sci.Nanotech. 8 ページ: 105-111
• [雑誌論文] Dithering amplitude dependence of STM/DLFM maps on Si(111)-^<7×7> (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki, S.Kawai, H.Kawakatsu
  • 雑誌名: Phys.Rev. B80 ページ: 1934021-1934024
• [雑誌論文] Adhesion and peeling forces of carbon nanotubes on a substrate (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Ishikawa, R.Harada, N.Sasaki, K.Miura
  • 雑誌名: Phys.Rev. B80 ページ: 1934061-1934064
• [雑誌論文] Peeling of Graphene Sheet ? Simulation Study (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki, H.Okamoto, N.Itamura, K.Miura
  • 雑誌名: e-J.Surf.Sci.Nanotech. 7 ページ: 783-786
• [雑誌論文] Direct mapping of the lateral force gradient on Si(111)-^<7×7> (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Kawai, N.Sasaki, H.Kawakatsu
  • 雑誌名: Phys.Rev. B79 ページ: 1954121-1954125
• [雑誌論文] Simulation of Scan Directional Dependence of Superlubricity of C_<60> Molecular Bearings and Graphite (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Itamura, K.Miura, N.Sasaki
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 48 ページ: 0602071-0602073
• [雑誌論文] Simulation of Atomic-Scale Wear of Graphite-Nanotip Induced Graphene Formation (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki, H.Saitoh, K.Terada, N.Itamura, K.Miura
  • 雑誌名: e-J.Surf.Sci.Nanotech. 7 ページ: 173-180
• [雑誌論文] Analysis of Mechanism of Low Lateral Stiffness of Superlubric C_<60> Bearing System (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Itamura, K.Miura, N.Sasaki
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 48 ページ: 0302141-0302143
• [雑誌論文] Analysis of Lateral Orientation of Single-Walled Carbon Nanotube on Graphite (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki, H.Saitoh, N.Itamura, K.Miura
  • 雑誌名: e-J.Surf.Sci.Nanotech.(eJSSNT Paper of The Year 2009, Silver Medal). 7 ページ: 48-52
• [雑誌論文] 力検出機構を備えたマニュピレーションSEM (2008)
  • 著者名/発表者名: 石川誠,原田竜一,佐々木成朗,三浦浩治
  • 雑誌名: 表面科学 vol.29 ページ: 713-715
• [雑誌論文] Visualization of nanoscale peeling of carbon nanotube on graphite (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Ishikawa, M.Kato, R.Harada, N.Sasaki, K.Miura
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 93 ページ: 0831221-0831223
• [学会発表] Nano-Tribological Functions of Carbon Hybrid Interfaces Formed by Graphene, Fullerene and Carbon Nanotube (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Interdisciplinary Materials Science, ISIMS-2011, Tsukuba International Congress Center, EPOCHAL
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2011-03-09
• [学会発表] Mechanism of Superlubricity of Fullerene Molecular Bearings, SIS2010 (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki
  • 学会等名: The 18th International Symposium on Surfactants in Solution Surfactants in Tribology
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 2010-11-15
• [学会発表] Mechanism of Superlubricity of Fullerene Molecular Bearings (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki
  • 学会等名: The Fifth International Conference on Multiscale Materials Modeling, MMM2010, IMTEC 2010, Symposium Tribology : Understanding Friction
  • 発表場所: Freiburg, Germany
  • 年月日: 2010-10-06
• [学会発表] Atomic-Scale Friction and Wear of Graphene-Simulation Study of Tip-Scan and Peeling Processes (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki
  • 学会等名: International Conference on Science of Friction (ICSF2010)
  • 発表場所: Ise-Shima, Mie, Japan
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] Simulation of atomic-scale wear of graphite-nanotip induced graphene formation (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki
  • 学会等名: CIMTEC 2010, Symposium : Session CC-2 Friction and Wear
  • 発表場所: Montecatini, Italy
  • 年月日: 2010-06-10
• [学会発表] Keynote Speech : How to Design and Control Supelubric Molecular Bearings, World Tribology Congress 2009 (WTC IV), Micro-, Nano-and Molecular Tribology (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki
  • 学会等名: Kyoto International Conference Center
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2009-09-11
• [学会発表] Nanomechanics of Superlubricity and Force Microscopy, World Tribology Congress 2009 (WTCIV), Symposium : Large-scale simulation in the field of tribology I (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki
  • 学会等名: Kyoto International Conference Center
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2009-09-08
• [学会発表] Mechanism of Superlubricity of Fullerene Molecular Bearings (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki
  • 学会等名: 5th I Tribochemistry Kyoto 2009, Univ.of Kyoto
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2009-09-02
• [学会発表] Mechanism of Lateral Force Microscopy and Superlubricity of Carbon Hybrid Systems (2008)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki
  • 学会等名: Taiwan-Japan Symposium, IIS, Univ.of Tokyo
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2008-10-27
• [学会発表] Theoretical studies of nano-scale ultralow friction and force microscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki
  • 学会等名: The 1st International Tribology Forum～Boundary Communication between Nanotechnology and Tribology, AIST waterfront center
  • 発表場所: Japan
  • 年月日: 2008-05-15
• [図書] Simulated Nanoscale Peeling Process of Monolayer Graphene Sheet-Effect of Edge Structure and Lifting Position, "Graphene, Theory, Research and Applications"(Edited by Segey Mikhailov) (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Sasaki, H.Okamoto, K.Miura, N. Itamura
  • 総ページ数: 195-214
  • 出版者: Published by Intech, Croatia
• [図書] カーボン系超潤滑薄膜(現代界面コロイド科学の事典) (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐々木成朗,三浦浩治
  • 総ページ数: 272(63-64)
  • 出版者: 株)丸善
• [図書] Ch6 : Chaotic Behavior Appearing in Dynamic Motions of Nanoscale Particles, Toward Functional Nanomaterials, Springer, Lecture notes in Nanoscale Science and Technology Vol.5, Wang, Zhiming M. (Ed.) (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Miura, R.Harada, M.Kato, M.Ishikawa, N.Sasaki
  • 総ページ数: 213-222
  • 出版者: Springer-Verlag
• [図書] Nanomechanics of Superlubricity, ENCYCLOPEDIA of Nanoscience and Nanotechnology (2nd version)(Edited by Hari Singh Nalwa) (2009)
  • 著者名/発表者名: 三浦浩治, 佐々木成朗
  • 出版者: American Scientific Publishers
• [図書] ナノイメージング(第1編第4章第2節「摩擦力顕微鏡」) (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐々木成朗,三浦浩治
  • 総ページ数: 79-91
  • 出版者: (株)エヌ・ティ・エス
• [図書] 「現代表面科学シリーズ」(日本表面科学会編)(第3巻 表面物性 第1章 力学特性)
  • 著者名/発表者名: 佐々木成朗,三浦浩治
  • 出版者: (株)共立出版(印刷中)
• [図書] ナノトライボロジー
  • 著者名/発表者名: 三浦浩治,佐々木成朗
  • 出版者: (株)森北出版(印刷中)
• [備考] (1)ホームページ
  • URL: http://www.ap.seikei.ac.jp/ntechlab
• [備考]
  • URL: http://www.ml.seikei.ac.jp/ntechlab
• [備考] (2)プレス発表(2011年5月より)
• [備考] (1)Benesse進研ゼミ 大学受験講座 エンカレッジ物理 2008年～2011年9月号,p.56
• [備考] (2)キラリ☆研究開発 第46回(日刊工業新聞 2010年4月19日号,第19面)
• [備考] (3)キラリ☆研究開発 第45回(日刊工業新聞 2010年4月5日号,第18面)
• [備考] (4)日経大学・大学院ナビ
  • URL: http://campus.nikkei.co.jp/ck/5770602_1.html
• [備考] (5)摩擦力計測の最小単位 ピコニュートン(日刊工業新聞2010年1月1日24面)
• [備考] (6)現代を読み解く4 「炭素の超微細ボールが拓く摩擦ゼロの新世界」(AERA2009年12月7日号広告記事)
• [備考] (7)成蹊大・東大・バーゼル大 観察前の予測も可能(日刊工業新聞2009年11月18日22面)
• [備考] (3)受賞
• [備考] (1)Excellent Poster Award (ICSF2010) (2010年9月15日) "Simulation of Fullerene Molecular Bearings" N.Itamura, K.Miura, N.Sasaki
• [備考] (2)Excellent Poster Award (ICSF2010) (2010年9月15日) "Nanoscale Shear of Opposing Nanoscale Silicon Tips-Molecular Dynamics Study" T.Ishikawa, N.Itamura, N.Sasaki
• [備考] (3)2010年eJSSNT Paper of The Year 2009 (Silver Medal) (2010年1月24日付) e-J.Surf.Sci.Nanotech.7, pp.48-52 (2009). N.Sasaki, H.Saitoh, N.Itamura, K.Miura
• [備考] (4)2009 年eJSSNT Paper of The Year 2008 (Gold Medal) (2009年1月11日付) e-J.Surf.Sci.Nanotech.6, pp.1-6 (2008). M.Harada, M.Tsukada, N.Sasaki
• [備考] (4)その他
• [備考] ○研究論文(1)のFig.1が表紙に採用。