2018 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 / ナノトライボロジー / グラフェン / フラーレン / スマネン / エネルギー散逸 / 原子間力顕微鏡 / 分子シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) 金表面に吸着したスマネン薄膜：A01班 櫻井グループで合成に成功しているスマネン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、原子間力顕微鏡探針をスマネン薄膜表面に押し込んでこする分子動力学シミュレーションを行った。先ず、ダイヤモンド探針をスマネン薄膜表面に押し込む過程でスマネンがボウル型から平面型に押し込まれた後、再び探針を引き離す過程でスマネンは反転した。次に、各一定高さで探針を往復水平走査させたところ、荷重の増加に伴い摩擦力（平均水平力）は比較的線形に増加したが、ある荷重でスマネン薄膜の帯電量が著しく増加することが分かった。
(2) C60/グラフェン系：C60薄膜を封入したグラフェン/C60/グラフェン界面で、グラフェンシートを走査してせん断滑りの超潤滑シミュレーションを行った。界面でC60分子のスリップ運動が生じるとき、全系のエネルギーは不連続的に減少して、系全体は安定化した。同様に、C60分子の変形エネルギーも、スリップ時に減少して、C60分子が安定化することが分かった。各荷重での散逸エネルギーを評価したところ、低荷重ではC60-グラフェン間の非結合相互作用エネルギー、高荷重ではC60分子単体の共有結合エネルギー由来の成分の寄与が支配的になることがわかった。このように、C60/グラフェン界面におけるせん断過程の素過程をエネルギー散逸の観点から明らかにした。
(3) グラフェン/グラフェン系：前年度、従来行った剥離シミュレーションで用いた分子力学ポテンシャルを粗視化・簡略化したポテンシャルを考案して、従来のグラフェン剥離の計算時間を10^{-3}～10^{-4}に短縮することに成功した。そこで今年度はこのポテンシャルモデルに、外部バネの相互エネルギーを組み込んで、原子間力顕微鏡測定で得られた力曲線と直接比較出来るシミュレーションに拡張した。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
・表面技術協会 第25回学術奨励講演賞 (2019年3月19日付) 福田朗子, 小宮山史郎, 佐々木成朗
・東京理科大学ナノカーボン研究部門2018年度成果報告会 ＆ 第4回東京理科大学-電気通信大学合同研究会 最優秀発表賞 (2019年3月1日付) 大向秀弥, 佐々木成朗
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