第04回英文輪読05月21日
'笹崎'訳
- 分子動力学は直接摩擦、潤滑、凝着の原子の原因について述べるために用いられたが、少量そして短時間のスケールに限られていた。 図1.6は分子動力学によって決定した2つの突起に挟まれた潤滑油分子の行動の例を示している(ThompsonとRobbins 1990年;彼及びその他 1999年; Gao及びその他 2004年)。
- 有限要素解析シミュレーションは常にマクロ、マイクロ、そしてナノスケールの多数の突起が接触する接触機構を解析するのに使われている。
- 大部分の最新の流体膜軸受けはコンピュータ支援設計(CAD)ソフトを使用して設計される。 多くの例において、解析プログラムはミクロン以下の範囲で軸受けを扱うために開発されてきた。
1.3.2 ブレイクスルーテクノロジーは小さなスケールにおけるトライボロジーに頼っている
おそらく、ナノスケールに向かう現代のトライボロジーの最も刺激的な面は潜在的な報酬であり、この研究がマイクロそしてナノスケールのテクノロジーのブレイクスルーを可能にすることができる(PerryとTysoe 2005年)。
構成要素が小型化する装置として、それらは表面と接触していることで起こっている力と原子スケールの現象のため、より影響を受けやすくなる。 結果として、マクロトライボロジーの状態でうまく機能する確立された技術解決策はたいていミクロとナノスケール装置としては不適切であった。
例えば、流体膜軸受けは大部分の巨視的な機械の可動部のために潤滑を与える。 これらの軸受けの潤滑油膜の厚さは一般的にミクロンからミリメートルであるが、装置がミリメートル未満のスケールに小型化されたとき、軸受けの潤滑油膜の可動部の隙間はミクロン以下になる。 この小さな隙間は潤滑油の粘性を劇的に増やす潤滑油膜の範囲内で限定する効果のためだけでなく、動いている表面の突起との接触に至らす。 接触することと粘性を増加させていることから摩擦と摩耗の双方は、小さなスケールの設計に変えることが出来なければ、軸受けの効果を減少する可能性がある。
図1.6 2つのAu(111)面に挟まれた潤滑油分子、スクアレン、ヘキサデカンの薄膜のための分子動力学からの結果。 分子部分の影の違いは分子の視覚化を助けるために使われた。 これらの液体膜は7章と10章で論じられている。 Gao及びその他の許可で再販される(1997年)。著作権 1997年、米国物理学協会。
'佐藤'訳
さらに、パーツがマイクロサイズになって、毛管と分子の粘着力は重力と慣性力を圧し始める。
なので、荷重と母材の硬さが乾燥摩擦で摩擦を決定する主な要因やマクロサイズの磨滅になる一方で、分子粘着力が荷重に相当する微小物体にとってそれらはさほど重要ではない。
以前に、我々はマイクロサイズとナノスケールのトライボロジーに関連した問題の解決策が見つかり製品の供給に成功したデジタル・マイクロ鏡装置とディスク・ドライブの2つの例を論議した。
次のいくつかのセクションで、実施が小さいスケールにおけるトライボロジーの問題によって延期される刺激的な将来の技術について短く論議する
1.3.2.1 ナノインプリンティング
100nm以下の生産にフォトリソグラフィー技術を応用することの難しさと高い工具費によって追われているが，相当な研究努力がナノスケール構造を製作するためにフォトリソグラフィーに代わるものを開発することに費やされている。
その低コストと見た目の単純さのために、最も有望な選択肢は残像露光装置であるように見え，それは寸法が100nm未満の特徴で型どられる表面を複製するのに用いられるときナノインプリントと呼ばれる
もちろん悪魔は細部の中にいる，そしてナノインプリントにとって非常に重要な細部とはインプリントプロセスの間に発生する欠陥に関連したトライボロジーの高いレベルのことだ．
'定嶋'訳
図1.7は一般的なインプリントリゾグラフィー過程を説明する。
この技術では、最初に透明な型（通常水晶）が、複製される構造の逆である100 nmの形状で製作される。
この高価で時間のかかる工程である、これらの元のナノスケール形状の作成は、通常電子光線リゾグラフィーを用いて行われる。
次に、型は基板の上で位置合わせされて、低い粘度で、UV治療樹脂物質がそれら［図1.7(aの間に注入される。
型と基盤は一緒に押され、そして、樹脂剤が型［図1.7(b)］を通って紫外線を浴びる。
型は、逆のパターンを樹脂材［図1.7(c)］で複製し、引っ込められる。
最後に、このパターンは、元のパターン〔図の1.7（D）]の永久的な逆複製品を作成するため、基板内にエッチングされる。
ナノインプリント法が直面する主要な問題は、許容可能な水準への欠陥の最小化である。
たとえば、形状が40nm間隔で間隔をあけられるならば、これは1平方センチメートルあたり6.25×1010の密度と一致する。
形状が幅ほんの数十ナノメートルであるので、数立方ナノメートルの物質は、時々道をはずれ、容易に合計欠陥が受け入れ不可能な数になってしまうかもしれない。
ナノインプリント過程の場合、図1.7に示すようなインプリント過程中の接触現象に由来する欠陥が生成する2つの主要な仕組みが、トライボロジーの起源である。
図1.7 インプリントリゾグラフィー過程の簡略図(a) 型の配列とエッチング・バリアとして用いられるUV治療可能な樹脂材の堆積。 (b) UVを押すことと露出。 (c) テンプレートの撤回。 (d) 樹脂面のエッチングと除去の後、基盤は型の逆のパターンを持つ。
'豊﨑'訳
- 型板と基盤が一緒に押し付けられたとき、未硬化レジスト剤は周りに流れ、型板表面上すべてのナノスケールの特徴を湿らし、それはコーティングされていない部分をかけているところがなく写し取らなければならないためである。 型板表面のナノスケールの特徴の中での未硬化剤の広がりは、狭い空間での液体の流れによって支配されている。 これはチャプター9，10で話題とする。 ウェッティングはチャプター5で話題にする。
- 型板を回収するとき、それはレジスト剤ときれいに離れなければならない。 もし回収している間に材料の小片が型板が凝着してしまうと、特に複製ではボイド欠陥が作られるだけでなく、もし型板への材料の凝着を取り除くことができなければ、これもまた後の複製の欠陥を増やしてしまう。
平行して低表面エネルギー剥離層と平行して、適切なもっとも小さい特徴の剥離は、これらの特徴たちの側面では高摩擦力は相対的な小さな結合力が支配するという問題がある。 うまくいけば、今後の研究では凝着と材料強度の十分なナノスケールの理解はナノプリント剥離の発展を可能にし、許容できる欠陥レベルでの生産ができる。