ソフトマターの摩擦プロセスは、豊かな柔軟性ゆえに特異的で、その理解が立ち遅れています。しかし、近年の環境問題を背景に、ソフトマターの摩擦プロセスの基礎的な理解が改めて強く望まれています。本研究室では、固体の粘弾性に由来する摩擦プロセスの粗視化モデル（粘弾性ファンデーション）を簡便かつ頑強な「思考ツール」として開発し、本研究室独自の実験手法（マルチモーダル・オペランド計測）が得る多角的な実験事実と突き合わせながら、ソフトマターの摩擦プロセスの謎を解き明かしています。さらには粘弾性ファンデーションを他の材料へ拡張展開して、多種多様な材料の摩擦プロセスを統一的に説明するシナリオを探求しています。

粘弾性ファンデーション【力学的なトイモデルで固体摩擦のエッセンスを理解する】

☆ K. Nakano, M. Kono: "Transient and steady sliding friction of elastomers: Impact of vertical lift", Frontiers in Mechanical Engineering, 6, 38 (2020).

☆ T. Watanabe, S. Hatanaka, K. Nakano: "Dimensionless numbers and master curves for sliding friction from the Kelvin-Voigt viscoelasticity of solids", Tribology Online, 18, 406-416 (2023).

☆ T. Watanabe, K. Nakano: "Two origins for bell-shaped velocity-dependent friction coefficient: Kelvin-Voigt or standard linear solid viscoelasticity", Tribology Online, 19, 167-177 (2024).

☆ T. Watanabe, K. Nakano: "Viscoelastic toy model explaining the static friction paradox in stick-slip instability without friction laws", Physical Review E, 111, 065504 (2025).

ゴム【高摩擦と低摩耗を両立してサステナブルなタイヤ技術を確立する】

☆ S. Hatanaka, Y. Ogawa, H. Okubo, K. Hanzawa, R. Kajiki, K. Yamaguchi, K. Nakano: "Correlation between friction and wear of rubber: An experimental approach based on the disconnections of Stribeck curves", Wear, 562-563, 205623 (2025).

☆ S. Hatanaka, H. Okubo, K. Hanzawa, R. Kajiki, K. Yamaguchi, K. Nakano: "Exploring abrasion pattern formation with sliding contact resonance: What timescale determines periodic spacing?", Tribology Letters, 73, 107 (2025).

ポリマーブラシ【摩耗機構の解明と設計指針の獲得により超潤滑材料を社会実装する】

☆ M. Miyazaki, K. Nakano, C. Tadokoro, S. C. Vlădescu, T. Reddyhoff, S. Sasaki, Y. Tsujii: "Enhancing durability of concentrated polymer brushes using microgrooved substrates", Wear, 482-483, 203984 (2021).

☆ S. C. Vlădescu, C. Tadokoro, M. Miyazaki, T. Reddyhoff, T. Nagamine, K. Nakano, S. Sasaki, Y. Tsujii: "Exploiting the synergy between concentrated polymer brushes and laser surface texturing to achieve durable superlubricity", ACS Applied Materials and Interfaces, 14, 15818-15829 (2022).

☆ H. Okubo, D. Kagiwata, K. Nakano, Y. Tsujii: "Layered structure and wear mechanism of concentrated polymer brushes", Langmuir, 39, 18458-18465 (2023).

☆ T. Takeuchi, D. Kagiwata, H. Okubo, K. Ohno, Y. Tsujii, K. Nakano: "Relationship between layered structure and wear behavior of concentrated polymer brushes", Wear, 578-579, 206223 (2025).

ゴムのパターン摩耗：ゴムのトライボロジー特性とレオロジー特性を同時に計測する本研究室オリジナルの実験装置。回転するゴムローラの対向面となるアームを一自由度振動系で構成し、圧電素子の強制変位で加振力を与える。アームの静応答（角変位）からトライボロジー特性（摩擦力）を同定し、加振周波数をスイープして得られるアームの動応答（共振曲線）からレオロジー特性（接触粘弾性）を同定する。本装置を用いた実験により、ゴムのパターン摩耗の波長は「接触粘弾性から定まる時定数と駆動速度の積」に一致することを突き止めた。（→論文を読む）