分子機械の潤滑機構のナノマシンへの利用に関する研究

分子机械润滑机理在纳米机器上的应用研究

基本信息

批准号：
07650167
负责人：
中野隆
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-07650167/
关键词：
分子機械超潤滑分子動力学マイクロマシン微小接触

项目摘要

今回の研究は理論的及び実験的両面からおこなわれた.まず国内の研究者の特に,関節の弾性流体潤滑機構と細菌の鞭毛モーターの軸受け部分の潤滑機構に関する研究を調査し,関節や鞭毛モーターの機械的構造,化学的成分構成,及び物理的な挙動に対する知見を得ることができ,またまた以後の研究においても適切な助言も受ける事が出来た.この調査より,生物における超低摩擦機構の発現機構にはまだ不明な点が多数あり,またモデル化によりこの潤滑機構を再現することは困難であることもわかった.このような場合には計算機を用いた数値計算により,比較的単純な状況下における仮想実験とも言える,分子動力学を用いたシミュレーションが有効であることがわかった.次の段階として原子間力をポテンシャルを用いて表現する原子力場の方法をもちいて,分子動力学を用い鞭毛モーターの軸受部分の超低摩擦機構のシミュレーションをおこなった.この計算により,ミクロな摩擦係数は摺動面相互の単位構造の周期の差に非常に敏感に依存することがわかった.しかしながらポテンシャルという量子力学を考慮に入れていない計算であるために化学種の差による摩擦係数の変化についての定量的な情報を得いることは出来なかった.そこで量子力学的計算を用いて鞭毛モーターの潤滑機構に対する化学種の差の影響のシミュレーションもおこなった.量子力学的計算は古典的な計算に比べて,おなじ原子数の計算でもはるかに多くの記憶容量と計算時間を要するため単位構造の周期の差による摩擦係数への影響との相関の研究には改良の余地が残った.また理論的研究と並行して実験的研究も行った,理論的な研究から単位構造の周期の差を無理数に近づけることは低摩擦に有利であることがわかったので,グラファイト相関化合物やシリコンの結晶面を用いてモデルとなる系を構成し潤滑の実験を行った.この実験により通常は摩擦係数を下げる役割のある酸素がミクロな潤滑機構の場合には逆に摩擦係数を上昇させる悪影響を及ぼすことがわかった.

这项研究既进行了理论和实验方面。首先，特别研究了国内研究人员有关关节的弹性流体润滑机制以及细菌鞭毛运动的轴承部分的润滑机制，并能够获得有关机械结构，化学组成和关节和鞭毛运动的物理行为的知识，并且还能够在随后的研究中获得适当的建议。从这项研究中，关于活生物体中超低摩擦机制的机制仍然有许多未知数，并且使用建模用于制造这种润滑机制。还发现很难繁殖。在这种情况下，使用计算机计算的数值计算表明，使用分子动力学的模拟在相对简单的情况下可以视为虚拟实验，这是有效的。下一步是使用核场方法，该方法使用电势表达了原子质力，并使用分子动力学模拟鞭毛运动轴承部分的超低摩擦机制。该计算表明，微摩擦系数是滑动表面单位结构周期的差异。但是，由于计算不考虑潜在的量子力学，因此由于物种差异而无法获得有关摩擦系数变化的定量信息。因此，使用量子力学来模拟物种差异对鞭毛电动机润滑机理的影响。与经典计算相比，量子机械师计算需要更多的存储容量和计算时间，因此相同数量的原子需要单位结构周期的差异。研究1000和摩擦系数之间的相关性研究仍然有改善的余地。此外，与理论研究并行进行了实验研究。由于理论研究表明，将单位结构周期的差异带到非理性摩擦时是有利的，因此我们使用石墨相关的化合物和硅晶体平面形成模型系统并进行了润滑实验。该实验表明，通常在降低摩擦系数中起作用的氧气具有负面影响，在微润滑机制的情况下增加了摩擦系数。