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講義概要/Course Information

2024/07/19 現在

科目基礎情報/General Information

授業科目名 /Course title (Japanese)	ナノトライボロジー特論
英文授業科目名 /Course title (English)	Advanced Nanotribology
科目番号 /Code
開講年度 /Academic year	2024年度	開講年次 /Year offered	全学年
開講学期 /Semester(s) offered	後学期	開講コース・課程 /Faculty offering the course	博士前期課程、博士後期課程
授業の方法 /Teaching method	講義	単位数 /Credits	2
科目区分 /Category	大学院専門教育科目 - 専門科目Ⅱ
開講類・専攻 /Cluster/Department	基盤理工学専攻
担当教員名 /Lecturer(s)	佐々木　成朗
居室 /Office	東1-309
公開E-mail /e-mail	naruo.sasaki@uec.ac.jp
授業関連Webページ /Course website	指定されたGoogle Classroomのページ
更新日 /Last update	2024/03/11 18:16:55	更新状況 /Update status	公開中 /now open to public

講義情報/Course Description

主題および 達成目標（2,000文字以内） /Themes and goals（up to 2,000 letters）	摩擦現象の制御は物理学、化学、生物のような基礎分野から機械工学、電気・電子工学のような応用分野に渡るまで、省エネルギーの観点から必要不可欠なトピックスである。本講義では特に摩擦現象のナノメートルレベルでの振る舞いのメカニズムについて理解すること、および、原子間力顕微鏡やMEMSなどナノスケールの力や摩擦の計測技術の基礎知識を身に付けることを達成目標とする。 Control of friction phenomena is an indispensable topic from the viewpoint of energy conservation, from basic fields such as physics, chemistry, biology to applied fields such as mechanical engineering and electric and electronic engineering. In this lecture, we aim to understand the mechanism of behavior of friction phenomena at the nanometer level and to acquire basic knowledge of nanoscale force and friction measurement technology such as atomic force microscope and MEMS.
前もって履修 しておくべき科目（1,000文字以内） /Prerequisites（up to 1,000 letters）	力学、電磁気学、熱力学、波動 Mechanics, Electromagnetics, Thermodynamics, Wave Mechanics
前もって履修しておくこ とが望ましい科目（1,000文字以内） /Recommended prerequisites and preparation（up to 1,000 letters）	量子力学、熱・統計物理学、固体物理学、弾性論（これらは必須ではないが知識があると理解に役立つ） Quantum Mechanics, Thermal and Statistical Physics, Solid State Physics, Theory of Elasticity (These subjects are not required, but are helpful for understanding nanotribology)
教科書等（1,000文字以内） /Course textbooks and materials（up to 1,000 letters）	[参考書] 佐々木成朗『表面物性 第１章 力学特性（現代表面科学シリーズ3）』 共立出版 その他，授業用のプリントを準備します。 [Reference Book] Naruo Sasaki "Surface Properties, Chapter 1. Mechanical Properties (Modern Surface Science Series 3)" Kyoritsu Publishing In addition, I will prepare print materials for the class.
授業内容と その進め方（2,000文字以内） /Course outline and weekly schedule（up to 2,000 letters）	Google Classcode：未定 アナウンスはGoogle Classroomに掲載しますので、随時確認してください。 毎週火曜4限に対面で授業を行います。 Google Classroomにアップロードした資料を参照してもらいますので、講義にはPCやタ ブレット、スマホなどを持参してください。 英語タイプ Cb：　説明：日本語　/　教材・資料：英語と日本語併用 授業内容は以下を予定しています。最先端のトライボロジーは理論と実験が車の両輪のように発展していますので、バランス良く両方のトピックスに触れながら講義を進める予定です。ナノスケールの力学が、我々の良く知っているマクロな力学とどうつながっているのかに留意してメッセージをお伝えしたいと思います。 第  １回　はじめに ～ 摩擦制御の重要性　原子から地球まで 第  ２回　マクロ摩擦　～研究の歴史とトライボロジー誕生 第  ３回　マクロからナノへ　～ナノトライボロジーの入口へ 第  ４回　ナノテクノロジー ～微細加工技術の発展 第  ５回　ナノ摩擦 ～ 走査トンネル顕微鏡から摩擦力顕微鏡へ 第  ６回　ナノトライボロジー ～ ナノ摩擦研究の背景と発展 第  ７回　摩擦を生み出す力の起源と種類 第  ８回　探針-試料表面間相互作用力の微視的記述 第  ９回　原子間力顕微鏡における探針-表面間相互作用力 第１０回　１次元トムリンソンモデル（１）～マクロなスティック・スリップ運動 第１１回　１次元トムリンソンモデル（２）～ミクロなスティック・スリップ運動 第１２回　１次元トムリンソンモデル（３）～数理モデル 第１３回　１次元トムリンソンモデル（４）～スティック・スリップの発生条件 第１４回　２次元トムリンソンモデルの数理 第１５回　３次元トムリンソンモデルの数理～グラファイト表面のナノ摩擦 Google Classcode：not yet fixed Announcements will be posted on Google Classroom, so please check from time to time. The lecture is given face-to-face every Tuesday 4th period. You are asked to refer to the materials uploaded to Google Classroom, so please bring your PC, tablet, smartphone, etc. to the lecture. TypeCb：Japanese-based course, with English and Japanese materials The content of the lesson is planned as follows. The state-of-the-art of tribology is developing with the theory and experiment working like a wheel of a car, so I am planning to give lectures while touching both topics in a balanced way. I would like to sent my message to you about how nanoscale mechanics is connected to our familiar macro-scale mechanics. 1. Introduction     - The Importance of Control of Friction - From Atom to Earth 2. Macroscopic Friction     - History of Research and Birth of Tribology 3. From Macro to Nano     - Toward Entrance of Nanotribology 4. Nanotechnology     - Development of Nano- and Micro-Fabrication Technology 5. Nano Friction     - From Scanning Tunneling Microscopy to Friction Force Microscopy 6. Nano Tribology     - Background and Development of Research of Nano Friction 7. Origins and Types of Forces Producing Friction 8. Microscopic Description of Tip-Sample Interaction Force 9. Tip-Surface Interaction Force in Atomic Force Microscopy 10. One-Dimensional Tomlinson Model 1     - Macroscopic Stick-Slip Motion 11. One-Dimensional Tomlinson Model 2     - Microscopic Stick-Slip Motion 12. One-Dimensional Tomlinson Model 3     - Mathematical Model 13. One-Dimensional Tomlinson Model 4     - Condition for Stick-Slip Motion 14. Mathematics of Two-Dimensional Tomlinson Model 15. Mathematics of Three-dimensional Tomlinson model     - Nano Friction on Graphite Surface
実務経験を活かした 授業内容 (実務経験内容も含む) /Course content utilizing practical experience
授業時間外の学習 （予習・復習等）（1,000文字以内） /Preparation and review outside class（up to 1,000 letters）	毎回プリント資料を配布しますので、プリントを見直して講義内容の復習をして次回にそなえてください。 Since I will distribute the print materials every time, review them and review the content of the lecture, please prepare for the next lecture.
成績評価方法 および評価基準 （最低達成基準を含む） （1,000文字以内） /Evaluation and grading （up to 1,000 letters）	期末レポート等の結果を評価します。 最低到達基準は以下とします。 (1) ナノスケール摩擦の発生メカニズムをTomlinsonモデルに基づいて説明できること。 (2) 摩擦力顕微鏡やMEMSなどナノスケール摩擦測定技術の基本的な内容を説明できること。 Final report etc. will be evaluated. The minimum achievement standard is as follows. (1) To be able to explain the mechanism of occurrence of nanoscale friction based on the Tomlinson model. (2) To be able to explain the basic contents of nanoscale friction measurement technology such as friction force microscope and MEMS.
オフィスアワー： 授業相談（1,000文字以内） /Office hours（up to 1,000 letters）	適宜対処しますが、なるべく授業時間中に質問しましょう。 Ask me questions during class hours as much as possible.
学生へのメッセージ（1,000文字以内） /Message for students（up to 1,000 letters）	ナノトライボロジーはいまだ確立した学問体系ではありませんので、本講義でお話しする内容は、先端研究の一側面を提示しているにすぎません。みなさんがこれまでに学んできた学問体系にもとづいて、本講義から何を得るか、それはみなさん次第です。私の研究体験も交えて講義を進めていきますので、肩肘張らずに、こんな話もあるんだなと気楽に聞いて下さい。 Since nanotribology is not yet an established academic system, the content to be mentioned in this lecture is only presenting one aspect of advanced research. Based on the academic system you have studied so far, what you get from this lecture depends on you. As I will advance the lecture with my research experience, please listen relaxed that there is such a story.
その他 /Others	Google Classcode：未定 アナウンスはGoogle Classroomに掲載しますので、随時確認してください。 毎週火曜4限に対面で授業を行います。 Google Classroomにアップロードした資料を参照してもらいますので、講義にはPCやタ ブレット、スマホなどを持参してください。 Google Classcode：not yet fixed Announcements will be posted on Google Classroom, so please check from time to time. The lecture is given face-to-face every Tuesday 4th period. You are asked to refer to the materials uploaded to Google Classroom, so please bring your PC, tablet, smartphone, etc. to the lecture.
キーワード /Keywords	摩擦、アモントン・クーロンの法則、ナノテクノロジー、走査プローブ顕微鏡、摩擦力顕微鏡、MEMS、カーボン材料、グラフェン、フラーレン、カーボンナノチューブ Friction, Amonton-Coulomb's law, Nanotechnology, Scanning Probe Microscope, Friction Force Microscope, MEMS, Carbon Material, Graphene, Fullerene, Carbon Nanotube.