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潤滑

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1: 2018/02/02(金) 01:00:18.33 ID:CAP_USER
2018年1月後半の大寒波では日本海側だけでなく関東地方にも雪が降り、転倒や車のスリップなどで700人以上がケガ(*1)をしました。

 それは氷という物質(H2Oの固体状態)の持つ、ある特殊な性質からくるものでした。
それが「滑る」です。

 もちろん、鉄板の上に水や油が撒かれていれば滑りますが、乾いた鉄板であればいくら寒かろうが熱かろうが、滑ることはありません。
でも氷は、水が撒かれてなくとも滑るのです。なぜなのでしょう。

 他にも氷は、他の物質にない特殊な性質をいろいろ持っています。
その2つ目が「増える」です。ふつうの物質は、液体から固体になるとき、体積が減ります。
たとえば溶かしたパラフィン(洋ロウソクの原料)を、コップに入れて冷やしていくと真ん中が大きく凹みます。体積が15%も減るからです。
http://dol.ismcdn.jp/mwimgs/3/e/670m/img_3efc2ba51062d3292662346688ec6a4947581.jpg

 でもH2Oの場合には逆です。
固体(氷)になると体積が10%増えるので、液体(水)に浮くようになります。

氷の特殊さの3つ目は「奪う」です。
H2Oは気体→液体のときに周りから奪う熱量=凝集熱(逆が気化熱もしくは蒸発熱)も、
1gあたり532calと他の物質に比べ圧倒的(*2)ですが、
液体→固体の凝固熱(逆は融解熱)も80calと銅の2倍、鉄の13倍、液体酸素の24倍に達します。
氷はできるときに、多くの熱を周りから奪うのです。

〈氷はなぜ増えるのか。それは〉

「滑る」の話にいく前に、水が凍ると体積が増える(*3)理由を説明します。

 ふつうの物質は、固体になるとき分子間の隙間が減って、
ぎゅっと締まるので体積が減ることになります。密度が上がるので、体積当たりでは重くなります。

 H2O分子の特長はその非常に強い分極性(双極性モーメントという)にあります。
遠くから見ると電気的に中性ですが、近寄るとプラスとマイナスが狭い範囲で強く分かれているのです。
http://dol.ismcdn.jp/mwimgs/e/d/670m/img_ed67863b28ed06835425b4d9314ce7c643682.jpg

 磁気と電気は異なりますが、H2O分子はもの凄く小さな強力磁石のようなものとイメージしてもいいでしょう。
これが相手の物質に張り付いて、分子をひとつひとつ引き剥がし、自分たちの隙間に取り込んでいくのです。
これが水にものが良く溶ける理由なのですが、これはH2O分子同士でも同じ。

 H2O分子は、H2O分子のなかに上手に取り込まれているのです。

 ところが、固体になると分子は行儀良く整列しなくてはならないので、逆に隙間ができて体積が増えるというわけです。
http://dol.ismcdn.jp/mwimgs/f/8/670m/img_f862cf5cf4883e1617efbcd16d5fd69a28541.jpg

 まさにこの「増える」性質のために、海や川の生物は冬でも死なずに済んでいます。
もし氷が水より重かったら大変です。寒気によって冷やされた水は凍って海底に沈みます。
代わりに温かい水が海面に上がって、大気に冷やされまた海底に沈みます。
海底からドンドン凍っていって、最後には住む場所がなくなってしまいます。

 でも、逆なので、氷はまず海面を覆い、それ以上の寒気が海水に触れることを拒絶(*4)します。
上から徐々に凍ってはいきますが、熱伝導率が低く凝固熱が大きいので、簡単には増えません。

続きはソースで

ダイヤモンド・オンライン
http://diamond.jp/articles/-/157394
ダウンロード


引用元: 【化学】氷がなぜ滑るのか、実はまだわかっていない[02/01]

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1: 2016/07/13(水) 07:45:25.87 ID:CAP_USER
超高速で泳ぐメカジキ、速さの秘密は「潤滑油」 | ナショナルジオグラフィック日本版サイト
http://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/16/a/071200043/
http://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/16/a/071200043/ph_thumb.jpg


 突き出した吻(ふん)で水を切り裂き、時速100kmで泳げるとも言われる魚、メカジキ(Xiphias gladius)。新たな研究で、メカジキの体にこれまで知られていなかった腺が発見され、これが高速で泳げる鍵となっている可能性があることがわかった。

 学術誌『Journal of Experimental Biology』に掲載された論文によると、剣のように鋭いメカジキの吻の付け根には、油を生成する腺がある。メカジキが泳ぐときには、この腺から脂肪酸の混合液が分泌され、毛細管と小さな孔を通じて皮膚へと送り出されている。(参考記事:「メカジキの吻はなぜ折れないのか?」)

 研究者らは、この油分がメカジキの頭部前面に撥水層を作り出し、水の抵抗を弱めて楽に泳げるようにしているのではないかと推測している。

 今回研究チームを率いたオランダの海洋動物学者ジョン・フィデラー氏によると、メカジキのようによく知られた魚の加速のための器官がこれほど長い間知られていなかったことに驚いたと言う。


秘密は潤滑作用

 流体力学に関するブログ「FYFD」を執筆している航空宇宙工学者のニコル・シャープ氏は、「油のような疎水性の液体層で魚をコーティングすれば、水の抵抗は弱まります」と述べている。「水は魚の皮膚に付着することなく、油の上を滑っていくでしょう」(参考記事:「ヘビのウロコに「剥がれない潤滑油」、初の発見」)

 とは言え、これを実際に確認する作業は容易ではない。メカジキを捕らえておくことはできないし、野生のメカジキは高速で泳いでいるため観察は困難だ。(参考記事:「海の弾丸、マグロが高速で泳げる秘密とは」)

 そこでフィデラー氏のチームは、20年前に撮影されたメカジキのMRI画像(核磁気共鳴を使って生体内部を撮影した画像)を精査することにした。その画像から、彼らは油を輸送する毛細管と、小孔の周りに並ぶごく小さな鱗状の突起を発見した。

続きはソースで

ダウンロード (2)


引用元: 【動物学】超高速で泳ぐメカジキ、速さの秘密は「潤滑油」 油を分泌して自らをコーティング、水の抵抗を減らす [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/02/27(土) 08:19:02.95 ID:CAP_USER.net
機構報 第1168号:グラフェンによる超潤滑現象の観察とメカニズム解明に成功
http://www.jst.go.jp/pr/info/info1168/index.html


ポイント
物質間の摩擦が非常に低い“超潤滑現象”を炭素薄膜(グラフェン)と金を用いて世界で初めて観察し、そのメカニズムを解明した。
グラフェンを表面にコーティングすることにより、機械部品同士の摩擦を低く抑えられる技術の実現が期待できる。
ナノ領域で部品間の摩擦力が極端に増すナノマシーンへの応用が期待される。


JST 戦略的創造研究推進事業において、バーゼル大学 物理学科の川井 茂樹 シニアサイエンティストは、
炭素原子一層の薄膜であるグラフェンナノリボン(帯状構造)と金の表面間に生ずる超潤滑現象の観察ならびにそのメカニズム解明に世界で初めて成功しました。

通常、材料間の接触面ではそれぞれの材料を構成する原子が互いに吸着する方向に動いて位置合わせを行い、それが摩擦力の増加となります。
しかし、炭素薄膜は構成している炭素原子間の結合力が非常に高く、原子は殆ど動きません。
このため接触面での原子の位置合わせが行われず、炭素薄膜表面では、非常に小さな摩擦しか起きないことが理論上推定されていました。
しかし、現象の直接観測と材料双方の原子構造が明らかな試料を得ることが難しいためそのメカニズムはわかっていませんでした。

本研究では、炭素原子同士の結合が直接観察できる新しい顕微鏡技術を確立するとともに、グラフェンナノリボンを原子構造が明らかな状態で金の基板上に作成する技術を開発し、直接観測とそのメカニズム解析に成功しました。
グラフェンナノリボンを構成している炭素原子間の結合力が非常に高いため、金と接触している炭素原子はほとんど動かず、摩擦力が極端に低くなることを実験で証明すると共に、その実験結果と“超潤滑現象”を表す計算結果が一致する事を明らかにしました。

将来的に、炭素薄膜を用いたコーティング材の実現により、部品同士の摩擦により発生する熱や磨耗が押さえられる、エネルギー損失を抑えた機械部品の実現につながることが期待できます。

研究成果は、2016年2月26日(米国時間)の科学誌「Science」のオンライン速報版で公開されます。

続きはソースで

ダウンロード
 
 

引用元: 【観測技術/ナノテク】グラフェンによる超潤滑現象の観察とメカニズム解明に成功 超低摩擦表面コーティング技術の実現に期待

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1: 2015/12/14(月) 08:00:49.13 ID:CAP_USER.net
ヘビのウロコに「剥がれない潤滑油」、初の発見 | ナショナルジオグラフィック日本版サイト
http://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/15/121100361/


 体をくねらせて滑らかに這うヘビの驚くべき秘密が明らかになった。ウロコの表面が極めて薄い潤滑油でコーティングされていたのだ。

 この発見は、12月9日付の「Journal of the Royal Society Interface」誌で発表された。研究論文によると、コーティングの厚さはわずか数ナノメートルで、人間の髪の毛の直径の数万分の1しかないという。ヘビの不気味な滑らかさを見事に解明しただけでなく、新しい工業用潤滑剤やコーティング剤のヒントとなり、ヘビ型ロボットのデザイン改良にもつながると期待される。

 米アトランタ動物園の爬虫類・両生類学者であるジョー・メンデルソン氏は、「田舎のお祭りで、油を塗ってぬるぬるにしたブタを捕まえるコンテストがあるでしょう? この研究は、それと同じようにヘビが自分の体に油を塗っていると言っているのです」と説明する。なお、メンデルソン氏は今回の研究には参加していない。

 油にまみれたぬるぬるのヘビという考え自体も面白いが、今回の発見は、ヘビが体をくねらせてさまざまな場所を移動できる理由との関係でも重要だ。なにしろヘビは、足もないのに木に登り、灼熱の砂漠を走り、泳ぎ、木から木へ「飛び移る」こともできるのだ。(参考記事:「UFOのように飛ぶトビヘビ」、「ヘビの木登りは「安全第一」))

 何百万年におよぶ進化の結果、ヘビの体のいちばん外側のウロコがこれほど優れたものになっていなければ、驚くべき動作のどれ1つとしてできなかったはずだ。

 ヘビのウロコには、一目瞭然であるにもかかわらず、長年説明がつかなかった特徴がある。腹側のウロコは、背側のウロコに比べてはるかにすべすべで滑らかなのだ。

 障害物につっかえないようにする必要があることを考えれば、進むために必要な最低限の「足がかり」があるとはいえ、腹側のウロコがすべすべで滑らかなのはさして不思議なことではない。

 けれども、科学者が高解像度顕微鏡で調べてみても、腹側のウロコと背側のウロコの構造に違いはなかった。ということは、何らかの物質がウロコの表面をコーティングして滑りやすくしていることになる。それはどんな物質だろう?

極薄のコーティング 

 米オレゴン州立大学の化学工学者ジョー・バイオ氏は、ドイツのマックス・プランク高分子研究所のトビアス・ヴァイドナー氏との共同研究チームを率いて、カリフォルニアキングヘビ(Lampropeltis californiae)の脱皮殻を念入りに調べた。

 彼らはヘビの皮の表面のすみずみまでレーザーを照射して、ウロコの表面分子がレーザー光線をどのように反射・散乱するかを調べた。この技術は通常、マイクロエレクトロニクス部品の検査に用いるものだ。

続きはソースで

ダウンロード



引用元: 【生化学】ヘビのウロコに「剥がれない潤滑油」、初の発見 するすると滑らかに動ける驚きの秘密が判明

ヘビのウロコに「剥がれない潤滑油」、初の発見 するすると滑らかに動ける驚きの秘密が判明の続きを読む
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