光オペランド摩擦解析による界面ダイナミクスの解明

通过光学操作摩擦分析阐明界面动力学

基本信息

批准号：
21K03846
负责人：
後藤真宏
金额：
$ 2.75万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

トライボロジー技術の向上による摩擦損失の削減は、温暖化ガス排出量抑制の重要手段として期待されている。この摩擦力の発生要因は、二つの材料間の分子間力であることが知られている。我々は、原子、ナノスケールにおいて、光照射による分子間力の変化で、摩擦力を制御可能であることを発見した。真空中では、光照射の有無により、瞬時に可逆的に摩擦力が変化し、一方、液中では光照射による摩擦力変化は、長時間保持されることを見出すなど、光によって熱的な摩擦変化とは相違するメカニズムが存在することを突き止めていた。そこで、本研究では、光の波長・強度を変化させながら摩擦現象を解析する「光オペランド摩擦解析」手法を提案・導入し、光による材料表面電子励起・化学反応と摩擦係数との相関を系統的に実験検証し、光による摩擦ダイナミクスの学理構築を目的とする。本年度は、コンビナトリアルスパッタ装置を用いて、成膜条件であるスパッタガス中の酸素分圧を変えることで結晶配向性の異なる多種TiO2薄膜を作製し、それらの大気および真空中における摩擦係数を評価した。摩擦係数は膜によって変化したが、その中において真空中で低摩擦特性を有するTiO2薄膜について、昨年度開発したマクロレベルの光オペランド摩擦解析装置を使用し、真空環境下で摩擦係数の光照射波長依存性を評価した。光波長を500nmから900nmまで変化させながら摩擦係数を測定した結果、光波長700nm付近に摩擦力が低減する領域があることを突き止めた。

通过改进摩擦学技术来减少摩擦损失预计将成为减少温室气体排放的重要手段。众所周知，这种摩擦力的原因是两种材料之间的分子间力。我们发现，通过光照射改变分子间力，可以在原子和纳米尺度上控制摩擦力。在真空中，摩擦力根据光照射的有无而瞬时且可逆地变化，而在液体中，由光照射引起的摩擦力的变化长期维持。与变化不同。因此，在本研究中，我们提出并介绍了一种“光学操作摩擦分析”方法，该方法在改变光的波长和强度的同时分析摩擦现象，系统地研究光和光引起的电子激发与材料表面化学反应之间的相关性。目的是进行实验验证并建立光引起的摩擦动力学理论。今年，我们采用组合溅射系统，通过改变成膜条件溅射气体中的氧分压，制备了多种不同晶体取向的TiO2薄膜，并评估了它们在空气和真空中的摩擦系数。。虽然摩擦系数因薄膜而异，但我们使用去年开发的宏观光学操作摩擦分析装置，研究了具有低摩擦特性的 TiO2 薄膜在真空环境下摩擦系数与光照射波长的依赖性在真空中评估性别。将光波长从500nm变为900nm并测量摩擦系数，结果发现在700nm光波长附近存在摩擦力减小的区域。