2003 Fiscal Year Annual Research Report

ナノ構造化グラファイト中の水素の動的挙動に関する数値シミュレーション-第一原理・古典融合型分子動力学法-

Research Project

Project/Area Number	14740237
Research Institution	Kumamoto University
Principal Investigator	下條冬樹熊本大学, 理学部, 助教授 (60253027)
Keywords	ナノ構造 / グラファイト / 水素 / 刃状転位 / 第一原理計算 / 分子動力学法 / 理論 / シミュレーション
Research Abstract	前年度に引き続き、有限温度での第一原理・古典融合型分子動力学シミュレーションを行い、ナノ構造化グラファイト中の水素の挙動を調べた。特に、本年度では脱水素化のミクロな機構に注目して研究を遂行した。酸素燃焼水素定量分析などの実験によると、ナノ構造化グラファイト中での脱水素化過程の特徴は、昇温過程において、800Kと1000K付近の二つの温度に水素放出ピークが存在することである。ナノ構造化グラファイト中には、グラファイト面の端にある炭素原子と強く結合している水素と、炭素原子とは結合せずに分子状態にある水素が存在する。本研究により、グラファイト内での分子状水素の易動度は非常に高いことがわかった。つまり、昇温により分子状水素は比較的容易に拡散・脱離し、これが低温側(800K)での水素放出ピークを与えていると考えられる。一方、高温側(1000K)の水素放出ピークを、炭素原子と強く結合している水素に起因するとすぐに結論付けることはできない。炭素-水素の結合エネルギー、反応過程のエネルギー障壁はeV程度であり、実験的に本素放出が観測されている温度領域では、炭素-水素の締合が切れるとは考えられないからである。そこで、脱水素化過程には欠陥構造の温度変化が直接に関係すると予測し、ナノ構造化グラファイトの再結晶化過程を取り入れてシミュレーションを行った。その結果、グラファイト面の二つの端が繋がり再グラファイト化する際に、炭素と結合していた水素が分子を形成する形で脱離することが明らかになった。このような再結晶化による脱水素化過程が、高温側(1000K)の水素放出ピークを与えていると考えられる。

Research Products
(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] 原田晶子: "Dynamic Properties of Disordered Phases of Carbon by an Empirical Potential : Stringent Tests toward Hybrid Approach with Density-Functional Theory"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 822-828 (2003)
[Publications] 下條冬樹: "Bonding Properties of Liquid Tellurium under Pressure : A Maximally Localized Wannier Function Approach with Ultrasoft Pseudopotentials"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 2417-2420 (2003)
[Publications] 下條冬樹: "Diffusion of Mobile Ions and Bond Fluctuations in Superionic Conductor CuI from ab initio Molecular-Dynamics Simulations"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 2702-2705 (2003)
[Publications] 下條冬樹: "Ab initio molecular-dynamics simulations of anomalous structural change in liquid tellurium under pressure"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 2822-2828 (2003)
[Publications] 後藤隆一: "Temperature dependence of the microscopic structure on liquid In_2Te_3 : ab initio molecular-dynamics simulations"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 320-324 (2003)
[Publications] P.S.Branicio: "Structural, Mechanical, and Vibrational Properties of Ca_<1-x>In_xAs Alloys : A Molecular Dynamics Study"Applied Physics Letters. 82. 1057-1059 (2003)

2003 Fiscal Year Annual Research Report

ナノ構造化グラファイト中の水素の動的挙動に関する数値シミュレーション-第一原理・古典融合型分子動力学法-

Principal Investigator

下條 冬樹 熊本大学, 理学部, 助教授 (60253027)

Research Products

[Publications] 原田晶子: "Dynamic Properties of Disordered Phases of Carbon by an Empirical Potential : Stringent Tests toward Hybrid Approach with Density-Functional Theory"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 822-828 (2003)

[Publications] 下條冬樹: "Bonding Properties of Liquid Tellurium under Pressure : A Maximally Localized Wannier Function Approach with Ultrasoft Pseudopotentials"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 2417-2420 (2003)

[Publications] 下條冬樹: "Diffusion of Mobile Ions and Bond Fluctuations in Superionic Conductor CuI from ab initio Molecular-Dynamics Simulations"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 2702-2705 (2003)

[Publications] 下條冬樹: "Ab initio molecular-dynamics simulations of anomalous structural change in liquid tellurium under pressure"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 2822-2828 (2003)

[Publications] 後藤隆一: "Temperature dependence of the microscopic structure on liquid In_2Te_3 : ab initio molecular-dynamics simulations"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 320-324 (2003)

[Publications] P.S.Branicio: "Structural, Mechanical, and Vibrational Properties of Ca_<1-x>In_xAs Alloys : A Molecular Dynamics Study"Applied Physics Letters. 82. 1057-1059 (2003)

下條冬樹熊本大学, 理学部, 助教授 (60253027)