2003 Fiscal Year Annual Research Report
ダイレクトダイナミックス法によるダイアモンド、グラファイト中の化学種の拡散機構
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14540460
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
清水 晃 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90002013)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田地川 浩人 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10207045)
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| Keywords | 分子動力学 / 炭素クラスター / ナノ材料開発 / リチウムバッテリー / 拡散ダイナミックス / 機能設計 |
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| Research Abstract |
ガラス質炭素繊維はリチウム2次電池の陰極として注目されている材料の一つである。本研究ではダイレクト・ダイナミックス法により、ガラス質炭素の炭素シート上および、その周辺部で安定化したLi^+イオンとLi原子の拡散経路を理論的に予測した。
シュミレーションは、水素終端した炭素数54個からなるクラスターモデルを用いて、半経験MO(AM1)法により計算した。各原子は古典粒子としてポテンシャル面上を運動することを仮定した。
AM1レベルの構造最適化により、Li^+とLiはともにクラスターモデルの周辺部で安定化することを明らかにした。各原子の電荷の検討結果と合わせると、Li^+はside edgeとcorner edgeの炭素とイオン結合をするが、Liはside edgeの炭素とsp3混成軌道により共有結合をすることが、示された。ダイレクト・ダイナミックス法により、Li^+とLiの700Kにおける拡散ダイナミックスを計算した。Li^+は解離して拡散によりクラスターのバルクを横切り、その後、クラスターから脱出する。拡散はhighest occupied molecular orbital(HOMO)の節に沿って起こる。一方、Liは共有結合を保ったまま、side edgeの炭素の周囲を振動するのみであり、700K以下では脱出は起こらないことを明らかにした。
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[Publications] Akira SHIMIZU, Hiroto TACHIKAWA: "Molecular dynamics simulation for sodium atom in and on the two layers of C150H30 graphite plane"JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS. 64. 2397-2402 (2003)
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[Publications] Akira SHIMIZU, Hiroto TACHIKAWA: "Molecular dynamics calculation on three lithium atoms in planar cluster model C150H30 for glassy carbon"JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS. 64. 2235-2243 (2003)
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[Publications] Akira SHIMIZU, Hiroto TACHIKAWA: "Molecular dynamics simulation on diffusion of lithium atom pair in C150H30 cluster model for glassy carbon at very low temperatures"ELECTROCHIMICA ACTA. 48. 1727-1733 (2003)
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[Publications] Akira SHIMIZU, Hiroto TACHIKAWA: "Thermal behaviors of lithium in and on the two layers of C150H30 graphite plane : MD simulation"JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS. 64. 807-811 (2003)
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[Publications] Akira SHIMIZU, Hiroto TACHIKAWA: "Thermal behavior of hydrogen atom intercalated between two layers of C150H30 graphite plane : MD simulation"JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS. 64. 419-423 (2003)
