高温で速度に影響されない「理想の摩擦」を呈する挙動を観測 — 摩擦の起源解明につながる新発見 —

2026-07-23 物質・材料研究機構

NIMS(物質・材料研究機構)は、米国地質調査所(USGS)、東京大学との共同研究で、層状酸化物マイカを約200℃まで加熱すると、動摩擦力がすべり速度に全く依存しない「理想的なアモントン・クーロン摩擦」が初めて実験的に実現されることを発見した。通常、動摩擦力はすべり速度によってわずかに変化するため、従来の摩擦理論では理想的な速度非依存性は確認されていなかった。電子顕微鏡観察の結果、高温では結晶内部に存在する波状欠陥「リプロケーション」が消失し、それに伴って速度依存性も消えることが判明した。この成果は、摩擦現象の根本的な起源に結晶欠陥が深く関与することを示す新たな知見であり、従来理論では説明できない摩擦機構の理解を大きく前進させる。今後は電子顕微鏡内でのその場観察や他の層状材料への展開を進め、省エネルギーで安定した固体潤滑剤や高性能機械材料の設計・開発への応用が期待される。

高温で速度に影響されない「理想の摩擦」を呈する挙動を観測 — 摩擦の起源解明につながる新発見 —

<関連情報>

雲母上の速度に依存しない乾燥摩擦:理想的なアモントン・クーロン摩擦の実現 Velocity-Independent Dry Friction on Mica: Realization of Ideal Amontons-Coulomb Friction

Hiroshi Sakuma, Diane E. Moore, David A. Lockner, and Toshihiro Kogure
Physical Review Letters  Published: 20 July, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/y3jy-nqcd

Abstract

The Amontons-Coulomb friction law assumes that the frictional force between materials is independent of sliding velocity. However, as Coulomb noted, this is a rough approximation, and a second-order dependence of friction on the logarithm of sliding velocity is incorporated in a commonly used “rate- and state-dependent” friction representation. Here, we conduct shear experiments on mica, a layer-structured mineral, at temperatures ranging from 22 to 2⁢0⁢0 °C and under normal stress of 100 MPa. The friction coefficient clearly depends on the logarithmic sliding velocity at 2⁢2 °C, but rate sensitivity decreases with increasing temperature until at 2⁢0⁢0 °C, the friction coefficient is independent of sliding velocity. Our findings could initiate the development of velocity-independent frictional materials, realizing the ideal Amontons-Coulomb friction.

0102材料力学
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