JP4088686B2 - 自己組織化分子膜で被覆された金属、その製造方法及びそれを用いた摩擦低減方法 - Google Patents
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Description
より詳しくは、組織化された多層の分子膜を金属表面に設けることによる組織化分子膜で被覆された金属、その製造方法及びこれを用いる摩擦低減方法を提供する。
M. Nakano et al. Jpn. J. Appl. Phys.42(2003)4734 S.D. Evans et al. J. Am. Chem. Soc. 113 (1991)5866
すなわち、金属表面に、図1に示すように一般式HS−(CH2)n−COOH(式中、nは3〜30の整数である。)で表わされるメルカプトカルボン酸の分子膜を有し、その上に、一層目と二層目の結合のためのCuイオン、さらにその上に、一般式HS−R(式中、Rは炭素数5〜30のアルキル基を表わす。)で表わされるアルキルチオールが結合した分子膜を有する自己組織化分子膜(SAM(Self-Assembled Monolayer)で被覆された金属である。
また、本発明は、金属を、図1に示すように一般式HS−(CH2)n−COOH(式中、nは3〜30の整数である。)で表わされるメルカプトカルボン酸のアルコール溶液に浸漬し2〜72時間放置し、続いて、一般式Cu−(COOH)2で表わされるカルボン酸銅のアルコール溶液に1〜30分浸漬し、さらに、一般式HS−R(式中、Rは炭素数5〜30のアルキル基を表わす。)で表わされるアルキルチオールのアルコール溶液に、浸漬し2〜72時間放置する自己組織化分子膜(SAM(Self-Assembled Monolayer)で被覆された金属の製造方法である。
さらに、本発明は、金属表面に、図1に示すように一般式HS−(CH2)n−COOH(式中、nは3〜30の整数である。)で表わされるメルカプトカルボン酸の分子膜を有し、その上に一層目と二層目の結合のためのCuイオン、さらにその上に、一般式HS−R(式中、Rは炭素数5〜30のアルキル基を表わす。)で表わされるアルキルチオールが結合した分子膜を有する自己組織化分子膜(SAM(Self-Assembled Monolayer)で被覆された金属を用いる摩擦低減方法でもある。
さらに、本発明においては、メルカプトカルボン酸が、一般式HS−(CH2)n−COOHにおいて、n=10〜16の場合が好ましい。
本発明において用いるアルキルチオールとしては、とくに、オクタデカンチオールが好ましく用いられる。
(実施例1)
次の手順により、二層構造の自己組織化膜の形成を行った。
初めに、一層目の自己組織化膜形成のため、有機硫黄化合物の一種である、メルカプトヘキサデカン酸(HS(CH2)15COOH、以後MHDAと略す)をエタノール中に1mMの濃度に希釈した溶液中に金基板を24時間浸漬した。
続いて、一層目と二層目の分子の結合に用いる金属イオンの供給のため、酢酸銅((CH3COO)2Cu)をエタノール中に1 mMの濃度に希釈した溶液に、一層目を形成した金基板を5分間浸漬させる。
次に酢酸銅溶液から取り出した金基板をオクタデカンチオールをエタノール中に1 mMの濃度に希釈した溶液中に24時間浸漬し、自己組織化二分子膜を生成させた。
(比較例1)
(組織化分子膜の確認)
得られた試料の摩擦測定をピン・オン・プレート摩擦試験器によって行った。荷重は30 mN、摩擦速度は1 mm/s (0.2 Hz)、ピンにはSUS304をDLC (Diamond-Like Carbon) コートしたものを用いた。摩擦係数を調べたところ、およそ30分間、0.1-0.15の摩擦係数を保った。同じ条件で、比較対象のC18SAMについて調べたところ、0.2-0.4の摩擦係数であった。
次に、摩擦試験後の二層構造のSAMにおいて、摩耗痕上でXPS測定を行った結果、C(1s)ピークの強度が摩擦前と比べて減少していた。しかし、単層構造のC18 SAMよりも強いピーク強度を示したことから、2層目の分子が動くことで、摩擦係数の低減が実現されたものと結論した。
Claims (5)
- 金属表面に、一般式HS−(CH2)n−COOH(式中、nは3〜30の整数である。)で表わされるメルカプトカルボン酸の分子膜を有し、その上に、一層目と二層目の結合のためのCuイオン、さらにその上に、一般式HS−R(式中、Rは炭素数5〜30のアルキル基を表わす。)で表わされるアルキルチオールが結合した分子膜を有する自己組織化分子膜で被覆された金属。
- 金属が、金、銀、銅、パラジウム及びその合金から選ばれる金属である請求項1に記載した自己組織化分子膜で被覆された金属。
- メルカプトカルボン酸が、n=10〜16である請求項1又は請求項2に記載した自己組織化分子膜で被覆された金属。
- 金属を、一般式HS−(CH2)n−COOH(式中、nは3〜30の整数である。)で表わされるメルカプトカルボン酸のアルコール溶液に浸漬し、2〜72時間放置し、続いて、一般式Cu−(COOH)2で表わされるカルボン酸銅のアルコール溶液に1〜30分浸漬し、さらに、一般式HS−R(式中、Rは炭素数5〜30のアルキル基を表わす。)で表わされるアルキルチオールのアルコール溶液に浸漬し、2〜72時間放置する自己組織化分子膜で被覆された金属の製造方法。
- 金属表面に、一般式HS−(CH2)n−COOH(式中、nは3〜30の整数である。)で表わされるメルカプトカルボン酸の分子膜を有し、一層目と二層目の結合のためのCuイオン、さらにその上に、一般式HS−R(式中、Rは炭素数5〜30のアルキル基を表わす。)で表わされるアルキルチオールが結合した分子膜を有する自己組織化分子膜で被覆された金属を用いる摩擦低減方法。
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