2016 Fiscal Year Research-status Report
ナノカーボン複合構造体の力学的・熱的特性の原子論的解明と制御
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15K05674
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
新谷 一人 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (00162793)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノカーボン複合構造体 / グラフェンナノリボン / 熱整流 / ピラードグラフェン / インデンテーション / コロネン内包CNT / スマネン内包CNT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
●2枚の平行な正方形グラフェンの間を4本のカーボンナノチューブ（CNT）によって結合したピラードグラフェン（PG）モデルを作成し、インデンテーションを行った。CNTとしてアームチェア型、ジグザグ型それぞれ14、13種類を用意し、CNT間距離を8～16nmに変化させた。圧子をグラフェン面に垂直に押し込んで荷重‐押込深さ曲線を得、Oliverの式から硬さを求めた。その結果、PGの硬さはCNT直径の増加とともに増加し、CNT間距離、温度の増加とともに減少すること、この特性はCNTの曲げとグラフェンの伸長それぞれの押込深さに対する寄与から理解できることが分かった。
●中央部が台形あるいはT字形で左右の幅が異なるグラフェンナノリボン（GNR）の熱整流特性を調べた。小幅側のGNR幅は1nmとし、大幅側のGNR幅は3～7nmに変化させた。GNRの一端から熱を加え他端から同量の熱を引く操作を繰り返して定常な温度勾配を構築し熱伝導度を計算した。熱流方向を逆転させて熱伝導度を計算し、順方向と逆方向の熱伝導度の差の比率を表す熱整流比を求めた。その結果、T字型GNRの熱整流比のほうが大きいこと、大幅側のGNR幅を増加させるといずれのGNRの熱整流比も増加すること、この結果はGNR側端のフォノン局所状態密度から理解できることが分かった。
●コロネン内包CNTの安定構造の計算とコロネン／スマネンのCNTへの内包過程の追跡を行った。データ分散を小さくするため、昨年度使用した14種類のCNTにさらに6種類のCNTを加え、CNTの長さも10nmから15nmに増加させた。その結果、CNT内のコロネン／スマネン積層の傾斜角はCNT直径の増加とともに減少しCNT直径の臨界値を超えると一定となること、CNT断面の変形ならびにコロネン／スマネン分子とCNT内壁との距離の変化を考慮して積層の幾何学的拘束条件から傾斜角とCNT直径との関係を表す近似式が得られることが分かった。
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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
平成２７年度の研究実施状況報告書の今後の推進方策に記したように、平成２８、２９年度に実施する項目を当初の研究実施計画から下記の３つの項目に変更した。各項目の進捗状況を記す。
●非対称グラフェンナノリボン（GNR）の熱整流特性解析：予定どおり解析を行い、論文を発表した（研究発表（平成２８年度の研究成果）〔雑誌論文〕の2件目）。
●ピラードグラフェン（PG）の硬さ解析：最小限の大きさのモデルに対して解析を行い、論文を発表した（研究発表（平成２８年度の研究成果）〔雑誌論文〕の1件目）。
●カーボンナノチューブ（CNT）内多環芳香族炭化水素分子積層の構造解析：コロネンとスマネンに対して解析を行い、論文を発表した（研究発表（平成２８年度の研究成果）〔雑誌論文〕の3件目）。また、コラヌレンに対する解析も部分的に行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２７年度の研究実施状況報告書の今後の推進方策において変更した３項目に対して、今後の推進方策は下記のとおりである。
●GNRの熱整流特性解析：平成２８年度に終了した。
●PGの硬さ解析：平成２８年度の解析で用いたモデルにおいては、原子数をできるだけ少なくするためグラフェンの形状を正方形とした。平成２９年度は、力学的対称性を考慮し、グラフェンの形状を円形にしてシミュレーションを行う。モデルに含まれるCNTの本数も十分多くなるようにモデルの大きさも大きくしなければならない。このため、計算対象の原子数が多くなり長時間計算となる。したがって、シミュレーション開始前に周到な準備が必要である。
●CNT内多環芳香族炭化水素分子積層の構造解析：平成２８年度に部分的に行ったコラヌレンに対する構造解析については、不足しているデータを補充した上で論文としてまとめる。多環芳香族炭化水素分子としてさらにピレン、トリフェニレンを対象として構造解析を行う。
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| Causes of Carryover |
当初の計画では、シミュレーションデータ処理に人件費・謝金を使用する予定であった。しかし、データ処理が比較的容易であり人的支援を必要としなかったため、結果的に人件費・謝金を使用しなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初の予定よりも多くの研究成果が見込まれるため、成果発表旅費に充当する。
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Research Products
(10 results)
