Investigation on orientation mechanism of basal plane of graphite

石墨基面取向机制研究

基本信息

批准号：
22H01833
负责人：
本塚智
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01833/
关键词：
黒鉛配向界面相互作用界面潤滑メカノケミカル電子状態 TEM

项目摘要

黒鉛のすべり機構はいくつか提案されているが、いずれもベーサル面のすべりを前提としている。しかし、ベーサル面の滑り機構の前に、ベーサル面の配向機構を理解しなければ、黒鉛の潤滑機構を正しく理解できないことが明らかとなった。そこで本研究では、ベーサル面の配向を誘起する黒鉛と被潤滑面の界面相互作用を明らかにするための研究を行った。本年度はグローブボックスと酸素濃度計を導入し、粉砕雰囲気中の酸素濃度の高精度制御法の確立に向けて実験系を構築した。酸素濃度を高精度に確立する必要がある理由はベーサル面の配向を決定づけるのは、鉄表面のわずか1原子層前後の酸素原子であることが分かっているためである。また、鉄粒子の表面積をKrガスで測定するための手法も確立した。その結果、鉄粒子表面に対する酸素濃度を0.1 原子層単位で制御する手法を確立できた。現在はこの制御された雰囲気中での粉砕実験と組織観察を推進して、黒鉛の潤滑性の雰囲気酸素依存性の評価を進めている。また鉄/黒鉛系のみならず、Nb/黒鉛系での実験も行った。本研究は透過型電子顕微鏡による界面観察が強力なツールとなるが、観察試料の調整において強磁性体では様々な困難があるためである。そこで非磁性のNbを用いて黒鉛の潤滑性の雰囲気酸素に対する変化を分析、評価したところ、Nbでも同様に黒鉛の潤滑性の雰囲気酸素依存性が見いだされた。この発見は今後の界面観察を加速するものと期待される。

已经提出了几种石墨滑动机制，但它们都假设在基面上滑动。然而，已经清楚的是，除非在基面的滑动机制之前了解基面的取向机制，否则无法正确理解石墨的润滑机制。因此，在本研究中，我们进行了研究，以阐明石墨和润滑表面之间引起基面取向的界面相互作用。今年，我们引进了手套箱和氧浓度计，搭建了实验系统，建立了研磨气氛中氧浓度的高精度控制方法。之所以需要高精度地确定氧浓度，是因为已知基面的取向仅由铁表面的一层原子层中的氧原子决定。我们还建立了一种使用氪气测量铁颗粒表面积的方法。结果，我们能够建立一种以 0.1 原子层为单位控制铁颗粒表面氧浓度的方法。我们目前正在这种受控气氛中进行破碎实验和微观结构观察，以评估石墨润滑性对大气氧的依赖性。除了铁/石墨体系外，我们还对铌/石墨体系进行了实验。尽管使用透射电子显微镜进行界面观察是这项研究的有力工具，但铁磁材料在制备观察样品时存在各种困难。使用非磁性铌，我们分析和评估了石墨润滑性相对于大气氧的变化，发现石墨润滑性对大气氧的依赖性也存在于铌中。这一发现预计将加速未来的界面观测。