2017 Fiscal Year Annual Research Report
Nanomechanics of pi-figurated molecular machines
| Project Area | pi-System Figuration: Control of Electron and Structural Dynamism for Innovative Functions |
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| Project/Area Number |
26102016
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
佐々木 成朗 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (40360862)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 表面・界面物性 / トライボロジー / 分子モーター / バッキーボウル / エネルギー散逸 / 分子シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) フラーレン・バッキーボウル系：A01班 櫻井グループで合成に成功しているスマネンなどのバッキーボウルを利用した潤滑システムやナノメカニカルデバイスの設計を目的とし、グラフェンとフラーレン・バッキーボウルからなる界面系のナノ力学シミュレーションを継続している。平成29年度は主にエネルギー散逸量についての評価を行った。
具体的には、フラーレン薄膜を剛体グラフェン系で圧縮して外力を加えてスライドさせた時、個々のフラーレンのスリップ運動により生じる系の全エネルギー変化を計算した。スリップ前後に失う全エネルギー変化を積算して、一サイクルに失う全エネルギー散逸量を求めたところ、その荷重依存性は、水平力曲線のヒステリシスに対応するエネルギー散逸の荷重依存性と一致することが確認された。さらにエネルギー散逸量の起源を解析したところ、荷重が大きくなるほど、フラーレンの弾性エネルギー由来のエネルギー散逸が増加することが確認された。以上のことから、荷重変化によるエネルギー散逸のパスの変化が示唆された。
(2) グラフェン系：界面のナノ～マイクロメートルスケールのグラフェンシートのたわみを調べるため、従来行った剥離シミュレーションで用いたポテンシャルを凝着・剥離過程専用に特化して簡略化したポテンシャルを考案して、力の計算に要する時間を削減したところ、従来の計算時間の10^{-3}～10^{-4}まで計算時間を大幅に短縮する予備的結果を得た。
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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) フラーレン・バッキーボウル系：フラーレン系でスリップに伴うエネルギー散逸の計算に成功した。この知見と、すでに得られているバッキーボウルの凹凸構造の反転と、荷重、圧縮距離との関係を組み合わせることで、π造形部品としてのエネルギー特性を記述出来ることが期待される。
(2) グラフェン系：ナノ～マイクロスケールのグラフェンシートの剥離・凝着過程の計算に特化したポテンシャル関数の開発に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) フラーレン・バッキーボウル系：H29年度のフラーレンに引き続き、スマネンなどのバッキーボウルを利用した潤滑システムやナノメカニカルデバイスの設計を目的として、グラフェンとバッキーボウルからなる界面系のエネルギー散逸を評価する。バッキーボウル薄膜を剛体グラフェン系で圧縮して外力を加えた時、個々のバッキーボウルに生じる構造反転により、外力がした仕事がどのように貯蔵、放出されるのかを計算し、微小な力学エネルギーを有効利用するπ造形分子機械のナノ力学理論の構築を行う。
(2) グラフェン系：H29年度に開発したポテンシャルモデルに、外部バネのポテンシャルモデルを追加して、原子間力顕微鏡による剥離のシミュレーションに拡張し、実験の力曲線形状の再現を目指す。
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| Remarks |
ナノトライボロジー研究センター第二回シンポジウム / 第三回 電通大-東京理科大合同研究会 「物性科学から工学へ」 優秀ポスター講演賞 (2018年3月7日) 福田朗子, 小宮山 史郎, 佐々木 成朗
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