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【研究成果】粘土鉱物の摩擦の起源を原子スケールから解明 ～原子間の静電的な力が支配　断層運動の仕組み解明にむけた指針として期待～

概要

  1. 国立研究开発法人物质?材料研究机构は、东京大学大学院理学系研究科、広岛大学と共同で、粘土鉱物の摩擦の起源が、接触面の原子间にはたらく静电的な力であることを、実験と理论から初めて明らかにしました。固体润滑剤の材料设计や、地震発生の原因となる断层面のすべりの仕组み解明の指针となることが期待されます。
  2. 粘土鉱物を含む层状结晶は一般的に摩擦力が低く、自然界では地滑りや断层运动の要因の1つと考えられています。また摩擦を低减する固体润滑剤としての利用も検讨されるなど、摩擦に関する研究が盛んに行なわれています。しかし粘土鉱物の摩擦の起源については、何らかの力で表面同士が接着することが原因だと考えられていますが、物质间にはたらく静电力や分子间力のほか、接触面同士の结晶方向の违い、表面の粗さや不纯物の存在なども复合的に作用するため、详细は分かっていませんでした。
  3. 本研究チームは、原子レベルで平滑な表面を持つ层状粘土鉱物「白云母」に注目しました。20虫40肠尘2の白云母表面间に乾燥状态で高圧をかけて水分を排除し、表面をずらしながら摩擦力を测定しました。その结果、接触面が削れてできた摩耗粒子の影响で、结晶方位の影响が平均化されている可能性があることが分かりました。さらに量子力学に基づいて、接触面で原子间にはたらく静电的な力を计算し、结晶方位の影响を平均化して摩擦力を求めたところ、実験结果と非常によく一致することが分かりました。これらの结果から、粘土鉱物におけるセンチメートルサイズの摩擦が、原子スケールの静电的な力によって支配されていることを初めて明らかにしました。
  4. 今后は白云母以外の粘土鉱物全般の摩擦强度を理解する理论を构筑して、地滑りや地震と摩擦の関係解明を目指します。また摩擦を低减する固体润滑剤などの材料设计の指针を与えるものと期待されます。
  5. 本研究は、物質?材料研究機構機能性材料研究拠点の佐久間博主任研究員、国際ナノアーキテクトニクス研究拠点(WPI－MANA)末原茂主幹研究員、東京大学大学院理学系研究科の河合研志准教授、広島大学大学院理学研究科の片山郁夫教授の研究チームによって行われました。また本研究は、文部科学省科学研究費補助金新学術領域研究「地殻ダイナミクス －東北沖地震後の内陸変動の統一的理解―」の公募研究 JP17H05320, JP15H01145 および、JSPS科学研究費補助金 JP15H02147の助成を受けたものです。
  6. 本研究成果は、Science Advances誌に掲載されました。

论文情报

  • 題目: What is the origin of macroscopic friction?
  • 著者: Hiroshi Sakuma, Kenji Kawai, Ikuo Katayama, Shigeru Suehara
  • 雑誌: Science Advances
【お问い合わせ先】

【研究内容に関すること】

国立研究開発法人 物質?材料研究機構 機能性材料研究拠点 機能性粘土材料グループ



E-mail: SAKUMA.Hiroshi＊nims.go.jp (＊は半角＠に置き換えてください)

TEL: 029-860-4942

東京大学大学院理学系研究科 地球惑星科学専攻

准教授 河合 研志 ()

E-mail: kenji＊eps.s.u-tokyo.ac.jp (＊は半角＠に置き換えてください)

TEL: 03-5841-4310

広島大学大学院理学研究科 地球惑星システム学講座

教授 片山 郁夫 ()

E-mail: katayama＊hiroshima-u.ac.jp (＊は半角＠に置き換えてください)

TEL: 082-424-7468

国立研究開発法人 物質?材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点(MANA)ナノ計算材料科学グループ



E-mail: SUEHARA.Shigeru＊nims.go.jp (＊は半角＠に置き換えてください)

TEL: 029-860-4350

【报道?広报に関すること】

国立研究開発法人 物質?材料研究機構 経営企画部門 広報室

TEL: 029-859-2026

FAX: 029-859-2017

E-mail: pressrelease＊ml.nims.go.jp (＊は半角＠に置き換えてください)

東京大学 大学院理学系研究科?理学部広報室

TEL: 03-5841-0654

E-mail: kouhou.s＊gs.mail.u-tokyo.ac.jp (＊は半角＠に置き換えてください)

広岛大学広报グループ

TEL: 082-424-3749

FAX: 082-424-6040

E-mail: koho@office.hiroshima-u.ac.jp (＊は半角＠に置き換えてください)

掲載日 : 2018年12月22日


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