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。

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