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摩擦・摩耗に伴うエネルギー損失は莫大であり，その低減は社会に多大な利益をもたらす．トライボロジーとは、摩擦に関する学問体系である。摩擦の低減に潤滑油が有効であることは古くから知られており，潤滑油中でのトライボロジー研究は極めて重要である．本課題では、われわれが新規開発したバイモーダル原子間力顕微鏡 (AFM) 技術をベースとし、潤滑油中における固液界面での摩擦現象を原子レベルで解明することを目的としている。本技術の特徴は、(1) 音叉型水晶振動子センサを用いることにより、高粘度潤滑油中においても原子スケールでの分析が可能であること、(2) バイモーダルAFM技術により、垂直・水平力の同時検出が可能であること、の2点である。
2021年度は、潤滑油/固体界面構造・物性に固体表面物性が与える影響の分析に取り組んだ。AFMプローブの個体差の影響を低減するため、二種の材料がマイクロメートルスケールで混在した試料作成技術を確立し、潤滑油との界面を同一プローブで計測した。その結果、固体表面から垂直方向ならびに水平方向いずれにおいても、粘性抵抗に大きな違いがあり、粘性抵抗は液体の種類のみならず、固体試料表面物性に強く依存することが実験的に明らかとなった。
また、多くの潤滑系では、潤滑油単体のみではなく、添加剤と組み合わせて用いられる。そこで、添加剤による界面物性の変化のin situ分析にも取り組んだ。これについても垂直・水平双方において有為な変化が検出された。
このように、本課題を通じ、高粘度潤滑油/固体界面力学物性のの垂直・水平方向の高分解能分析技術を確立した。
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