凝着とは? わかりやすく解説

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ぎょう‐ちゃく【凝着】

読み方:ぎょうちゃく

[名](スル)付着2


凝着

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2017/11/06 09:07 UTC 版)

ナノトライボロジー」の記事における「凝着」の解説

詳細は「接着」を参照 凝着とは、二つ表面互いに接触したままでいようとする性質を指す。AFM発展とともに、凝着の研究においてマイクロ・ナノスケールが注目されるようになったAFM用いたナノインデンテーション実験によって凝着力を定量的測定できるようになったのである。 これらの研究によれば薄膜硬さ膜厚によらず一定で、以下の式で与えられるH = P c A c {\displaystyle H={\frac {P_{\text{c}}}{A_{\text{c}}}}} ここで H は硬さAc圧痕投影面積Pc圧子印加された荷重である。 押し込み深さを h として d P d h {\textstyle {dP \over dh}} で定義される接触剛性は、圧子接触線の半径 rc から以下のように求められる。 S = 2 ⋅ E ′ ⋅ r c {\displaystyle S=2\cdot E'\cdot r_{\text{c}}} 1 E ′ = 1 − ν i 2 E i + 1 − ν s 2 E s {\displaystyle {\frac {1}{E'}}={\frac {1-\nu _{\text{i}}^{2}}{E_{\text{i}}}}+{\frac {1-\nu _{\text{s}}^{2}}{E_{\text{s}}}}} E′ は換算ヤング率(reduced Young's modulus)、Ei と νi は圧子ヤング率ポアソン比Es と νs は試料ヤング率ポアソン比である。 しかし、rc は常に直接観察から求められるとは限らないhcインデント深さ)から推定することはできるが、盛り上がり沈み込み存在しててはならない(Sneddon表面条件が完全に満たされてなければならない)。 そうではない場合例え沈み込みがあるなら、円錐形圧子について以下が成り立つ。 右図から以下の関係がわかる。 h = h c + h e {\displaystyle h=h_{\text{c}}+h_{\text{e}}} r c = h ctan ⁡ α {\displaystyle r_{\text{c}}=h_{\text{c}}\cdot \tan \alpha } h e = ϵ ⋅ h {\displaystyle h_{\text{e}}=\epsilon \cdot h} ここで ϵ {\displaystyle \epsilon } は圧子形状による定数で、円錐形場合は ϵ = 1 − 2 π {\textstyle \epsilon =1-{\frac {2}{\pi }}} 、球形場合は ϵ = 1 2 {\textstyle \epsilon ={\frac {1}{2}}} 、先端平らな円筒形では ϵ = 1 {\textstyle \epsilon =1} となる。 ここからOliverとPharrは、凝着力を考えず弾性力 Fe のみを考慮して以下の結論導いたF e = 2 π ⋅ E ′ ⋅ tan ⁡ α ⋅ ( h − h f ) 2 {\displaystyle F_{\text{e}}={\frac {2}{\pi }}\cdot E'\cdot \tan \alpha \cdot (h-h_{\text{f}})^{2}} P = F e + F a {\displaystyle P=F_{\text{e}}+F_{\text{a}}} W a = − γ a ⋅ 4 ⋅ tan ⁡ α π ⋅ cos ⁡ α ⋅ h c 2 {\displaystyle W_{\text{a}}=-{\frac {\gamma _{\text{a}}\cdot 4\cdot \tan \alpha }{\pi \cdot \cos \alpha }}\cdot h_{\text{c}}^{2}} F a = − γ a ⋅ 8 tan ⁡ α π ⋅ cos ⁡ α ⋅ ( h − h f ) {\displaystyle F_{\text{a}}=-{\frac {\gamma _{\text{a}}\cdot 8\tan \alpha }{\pi \cdot \cos \alpha }}\cdot (h-h_{\text{f}})} P ( h ) = 2 E ′ ⋅ tan ⁡ α π ⋅ ( h − h f ) 2 − γ a ⋅ 8 tan ⁡ α π ⋅ cos ⁡ α ⋅ ( h − h f ) {\displaystyle P(h)={\frac {2E'\cdot \tan \alpha }{\pi }}\cdot (h-h_{\text{f}})^{2}-{\frac {\gamma _{\text{a}}\cdot 8\tan \alpha }{\pi \cdot \cos \alpha }}\cdot (h-h_{\text{f}})} 凝着力の項が追加されたことの意味は以下のグラフ表されている。 凝着が無視できない場合負荷過程では、凝着力は押し込み仕事寄与するため押し込み深さ増加する逆に除荷の過程では、凝着力は変位阻害し、負の荷重引力)さえ生じる。

※この「凝着」の解説は、「ナノトライボロジー」の解説の一部です。
「凝着」を含む「ナノトライボロジー」の記事については、「ナノトライボロジー」の概要を参照ください。

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