2018 Fiscal Year Annual Research Report
マルチスケールシミュレーションとQCM実験の融合による添加剤含有潤滑現象の解明
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17H03164
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
張 賀東 名古屋大学, 情報学研究科, 准教授 (80345925)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三矢 保永 公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 上席研究員 (10200065)
古賀 伸明 名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (80186650)
内山 知実 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (90193911)
渡邉 崇 名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (40182927)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | トライボロジー / 分子シミュレーション / 境界潤滑 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
添加剤含有潤滑現象の解明を目指し，シミュレーションと実験の両面から下記の研究項目を実施した．
・ミュレーションでは，使用しているオープンソースシミュレータLAMMPSを改良し，正規分布に従う乱数の生成およびプロセス間通信のための時間を短縮し，7割程度の計算速度向上を実現した．そして，潤滑油中に添加された添加剤分子の単一の平滑固体表面への静的吸着現象を対象に，全原子分子動力学（MD）シミュレーションおよび前年度に可能とした粗視化MDシミュレーションを行い，両者の結果が定量的に一致していたことから，粗視化MDシミュレーションの妥当性を確認した．また，添加剤含有潤滑油を固体二面間に閉じ込めた系を対象に，固体面の粗さや摺動速度などをパラメータとして，粗視化MDシミュレーションを行った．添加剤分子の分布・配向などの存在形態の変化により，①添加剤の固体面への吸着による被膜形成→②剪断による被膜剥離→③剥離部分への再吸着という一連の動的過程について，その移行プロセスを解明しつつある．さらに，マルチスケールシミュレーションの実現に向けて，粒子法を用いたマイクロスケールの流体シミュレーションに着手した．
・実験では，まず，前年度に新規設計・試作した水晶振動子マイクロバランス（QCM）センサモジュールを用いた測定を本格化し，安定性と精度を評価するとともに，さらなる改良を重ねた．つぎに，水晶振動子の表面材質や表面粗さをパラメータとして測定を行い，それらが吸着に及ぼす影響を評価した．さらに，QCMを用いた測定の検証・補完のため，原子間力顕微鏡を用いた吸着膜上の液体界面スリップ測定を行った．これらの測定結果から，粗視化MDシミュレーションおよびマイクロスケールの流体シミュレーションの条件設定に資する知見を得た．
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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
研究実績の概要に述べたように，交付申請時の計画に応じて進捗しており，結果も得られている．そのため，おおむね順調に進展していると判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
シミュレーションでは，マイクロスケールの流体シミュレーション，およびナノスケール粗視化MDシミュレーションと接続・統合するマルチスケールシミュレーションの実現を目標として，研究を進める．実験では，これまでのシミュレーションで得た知見に基づいて，新規に添加剤分子の設計・合成を試み，その吸着特性を改良したQCM法で評価する．
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