| Project/Area Number |
21K18679
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
鷲津 仁志 兵庫県立大学, 情報科学研究科, 教授 (00394883)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三好 洋美 東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (50455367)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
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| Keywords | 酸化グラフェン / グラフェン / 層状化合物 / トライボロジー / 分子動力学 / 反応力場 / マテリアルズ・インフォマティクス / 水 / 摩擦 / 分子シミュレーション / マテリアルズインフォマティクス |
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| Outline of Research at the Start |
固体潤滑剤（層状化合物）に関しては，現在に至るまで，不整合接触において超潤滑が生じるという理論が低摩擦理論の基本となってきた．グラファイトの摩擦現象は移着片と基材の間で生じる．そこで，本研究では以下の計算物理学的アプローチにより本現象を解明する．雰囲気分子を含む移着片の摩擦発現について検討するためのユニバーサルな方法論を確立，疎水性相互作用等の雰囲気効果の詳細を検討するための機構解析手法の構築，共有結合性結晶，イオン結晶一般のための解析手法の拡張，連携研究グループから提供された実験系に対応する大規模実証計算，マテリアルズインフォマティクス (MI) による最適組成の探求．
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| Outline of Annual Research Achievements |
（1） 雰囲気分子を含む移着片の摩擦発現について検討するためのユニバーサルな方法論を確立：酸化グラフェン系について，さらに検討を重ねた結果，水，オイル，および酸化グラフェン自体をアルキル修飾した系について摩擦挙動をシミュレートした．その結果，オイルのみにおいて弾性流体潤滑の影響が得られるなど，雰囲気の違いよる挙動の違いが明らかとなった．
（2） 疎水性相互作用等の雰囲気効果の詳細を検討するための機構解析手法の構築：酸化グラフェン系において，オイルを溶媒とした系において，水とは異なり疎水的に振舞うことがわかった．
（3） 共有結合性結晶，イオン結晶一般のための解析手法の拡張：ニューラルネットワークポテンシャルを用いた ZnDTP の解析に加えて，MoDTC の共存系について摩擦挙動解析を実施し，協同的な表面化学反応が生じることを示した．
（4） 連携研究グループから提供された実験系に対応する大規模実証計算：実験との連携としては，酸化グラフェンの低摩擦機構について，兵庫県大木之下教授らの解析している酸化グラフェンの摩擦挙動について解析を実施した．上述のように，水やオイルの雰囲気の違いによる摩擦挙動の違いが明らかとなった．
（5） MIによる最適組成の探求：MI の適用範囲をトラクションフルードに適用した系について，さらに分子動力学とのカップリング解析を行い，摩擦係数の予測精度の僅かな向上が見られたが，実験データの補足をするには十分なデータ量がさらに必要であることが判った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（1） 雰囲気分子を含む移着片の摩擦発現について検討するためのユニバーサルな方法論を確立：酸化グラフェンにおける拡張は概ね成功した．今後は論文化を目指す．
（2） 疎水性相互作用等の雰囲気効果の詳細を検討するための機構解析手法の構築：材料近傍における水の寄与については，新学術領域「水圏機能材料」で提案されているように，材料科学の新しい着眼点であり，この観点からも本研究課題は寄与できると考えられる．
（3） 共有結合性結晶，イオン結晶一般のための解析手法の拡張：MoS2 系の生成の初期過程である，MoDTC の解析を行うことができた．
（4） 連携研究グループから提供された実験系に対応する大規模実証計算：酸化グラフェンとグラフェンの摩擦発現について，大きく異なるダイナミクスであることが明らかとなった．
（5） MIによる最適組成の探求：潤滑油系においてまずは MI による摩擦係数予測を成功しつつあり，さらに分子シミュレーションとのカップリングについても検討することができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
（1） 雰囲気分子を含む移着片の摩擦発現について検討するためのユニバーサルな方法論を確立：酸化グラフェンについて，論文化を目指す．
（2） 疎水性相互作用等の雰囲気効果の詳細を検討するための機構解析手法の構築：水環境下におけるグラフェン移着片の挙動について論文化を早急に実施ｓるう．
（3） 共有結合性結晶，イオン結晶一般のための解析手法の拡張：ZnDTP や MoDTC の系についての新規シミュレーション結果の論文化を目指す．
（4） 連携研究グループから提供された実験系に対応する大規模実証計算：酸化グラフェンの実験との連携をさらに深める．また大規模実証計算を準備する．
（5） MIによる最適組成の探求：本系におけるMIの実現を目指して，潤滑油で手法開発を進める．
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