東京大学ら、液滴の摩擦に残る「記憶効果」の仕組みを解明

ニュース紹介

「固体表面の液滴は長く静止するほど動き出しにくく、速く滑るほど摩擦が減る ―ナノスケールの表面欠陥が生む「摩擦の記憶効果」を解明―」

東京大学大学院工学系研究科の塩見淳一郎教授、Li Yuanzhe（リユアンジェ）特任助教らと、金沢大学ナノ生命科学研究所の福間剛士所長らの共同研究グループは、分子1層ほどの薄い膜で覆った固体表面の上の液滴で、静止時間が長いほど動き始めに必要な力が増えることを示しました。特定の表面では、低速域で滑り速度が増すほど動摩擦が減る現象も見つかり、どちらも過去の接触履歴による「記憶効果」で説明されています。

グループは、傾斜法などで摩擦力を測り、原子間力顕微鏡（AFM）でナノスケールの表面欠陥を観察しました。表面分子の鎖長を変えた実験と理論解析から、接触線が時間とともに表面欠陥に捕捉されて摩擦が強まる仕組みを明らかにしています。鎖長を変えるか温度を上げると、記憶効果を抑えられました。成果は、コーティング、印刷、マイクロ流体デバイスなどへの応用が期待され、学術誌『Proceedings of the National Academy of Sciences（PNAS）』に掲載されました。

出典：東京大学 2026年11月10日プレスリリース／掲載誌：PNAS／DOI：10.1073/pnas.2619504123
https://www.t.u-tokyo.ac.jp/press/pr2026-11-10-001

FrontJournalの解説

この研究分野について

窓ガラスを伝う雨粒から、インクジェット印刷のインク滴まで、液滴が固体の上を動く場面は身の回りに数多くあります。液滴の縁には、液体・固体・気体が接する「接触線」があり、この線が表面の微細な凹凸や化学的なむらに引っかかる「ピン止め」が、液滴の動きにくさを生むと考えられてきました。

液滴をどれだけ小さな力で動かせるかは、コーティングや印刷、微量の液体を扱うマイクロ流体デバイス（小さな流路の中で液体を動かす装置）の設計に関わります。今回の成果は、表面の分子構造を設計して液滴の摩擦を制御できる可能性を示しました。

①静止時間と滑り速度で変わる液滴の摩擦

「東京大学」と「金沢大学」のグループが確かめたのは、液滴の摩擦が現在の速度だけでは決まらない点です。動き出す直前の摩擦（静摩擦）は、静止時間に対してほぼ対数的に増えました。時間が10倍になるごとに、同じ量ずつ増える関係です。

滑っている間の摩擦（動摩擦）は、一般に滑り速度とともに増えると考えられてきました。今回は特定の表面の低速域で、速度が増すほど動摩擦が減っています。

②ナノスケールの欠陥に捕捉される接触線

液滴が止まっている間も、分子が熱エネルギーで不規則に動く「熱揺らぎ」により、接触線の一部が揺れ動き、周囲の表面欠陥に少しずつ捕捉されます。捕捉される箇所が増えるほど摩擦が強まる、という関係です。滑っている間は、捕捉の進行と、速度に応じたピン止めの解除が競い合います。この2つを組み合わせたモデルで、動き出しの摩擦から低速域の滑走中の摩擦まで一括して説明できました。

欠陥の分布が不均一な表面ほど、静止による摩擦の増大は顕著でした。分子が動きやすい液体的な表面では、接触履歴への依存が弱まります。固体同士の摩擦にも、接触時間とともに摩擦が増す「エイジング」（材料の劣化とは別の現象）や速度への依存が見られ、研究グループは液滴と固体の摩擦に共通の物理原理がある可能性を示しています。