DLC薄膜強度評価のためのクラスタ構造体の原子間相互作用に関する検討

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650092
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 渋谷 陽二 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70206150)
• Keywords: DLC薄膜 / クラスタ構造体 / 分子動力学法 / Tersoffポテンシャル / 単軸引張り変形 / ランダムウォーク法

Research Abstract

sp^2のグラファイト構造(3配位),sp^3のダイヤモンド構造(4配位),アモルファス・カーボン,そして炭化水素系のポリマーといった混成構造体であるダイヤモンド・ライク・カーボン(以降DLCと称する)薄膜について,強度発現機構の解明のための変形挙動の解析を行った.DLC膜をモデル化するためのネットワークモデルを3種類の作成方法により構築し,従来の実験データの比較からランダムウォーク法により構築する手法が最適であることを確認した.そして,応力一定の分子動力学法(MD)により膜自身に単軸引張り変形を加え,ネットワーク中でのsp^2-sp^3といった配位数の変化を伴う構造遷移に関するパターンの分類を行った.その結果,配位数の変化を伴う構造形態のうち,4配位と3配位間の遷移が主として生じ,一連の遷移による結合の組み替えが局所的に発生していることをMDの解析結果から得た.
また,DLC膜の変形は,局所構造を形成している2原子間のBond-stretching,3原子間のBending,そして4原子間のTorsionポテンシャルうち,BendingとTorsion,特に変形抵抗の小さなTorsionの変化が支配的であることがわかった.また,クラスターモデルを用いたGussion94の分子軌道計算の結果から,従来よりダイヤモンド構造に対してよく用いられているTersoff型ポテンシャルでは,そのTorsionの変化に対する効果が含まれていないこよを指摘し,共有結合性材料の変形場の解析への適用に問題があることを示した.

Research Products

• [Publications] 渋谷陽二,塩崎幹夫,釘宮哲也,冨田佳宏: "カーボンナイチューブの曲げによる非可逆変形"日本金属学会誌. 63・10. 1262-1268 (1999)
• [Publications] 釘宮哲也,渋谷陽二: "分子動力学法による DLC 薄膜の力学的特性の評価"日本金属学会関西支部第74期定時総会講演論文集. 12・43-12・44 (1999)
• [Publications] 釘宮哲也,渋谷陽二: "Tight-binding 分子動力学法によるダイヤモンドライクカーボンの構造解析"日本金属学会第12回計算力学講演会講演論文集. 23-24 (1999)
• [Publications] 釘宮哲也,渋谷陽二: "Tight-binding 分子動力学法によるアモルファスカーボンの力学的特性の評価"日本金属学会(第126回)春期大会. 発表予定. (2000)