2019 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular Dynamics of Enhanced Dynamics in Nanoporous Systems
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17K05570
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
巾崎 潤子 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (10133331)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノポーラス / 分子動力学シミュレーション / ナノイオニクス / 自己修復 / 動的不均一性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子動力学シミュレーションを用いて、多孔質系の加速ダイナミクスの起源についての知見を得た。リチウムダイシリケートに体積一定の条件下で空孔を導入した複数の系で系の密度を調べ、空孔率との関係を確立した。さらに、密度の関数としてLiイオンの拡散係数を調べ、拡散係数に極大が生じることを予測した。本系での加速は空孔の境界ではなく、イオンが多い領域で起きていることや、周囲の酸素やケイ素の運動も活発になっていることが見出された。これはイオンを囲むケージが緩くなっていることを示唆しているので、イオンの平均二乗変位の時間依存性を調べて、どの領域で加速が始まっているのかを調べた。この結果、ケージングに対応する短時間領域から加速が始まっていることが分かった。つまり、ケージ構造が緩くなり、ジャンプの頻度が増すことで加速が起きている。そこで、Liイオン周囲の酸素の配位数の分布や幾何学的な自由度を調べたところ、これと合致する結果が得られた。また、極大より低密度側では、より大きいボイドが形成されるが、同時にネットワークの再編成によりイオンのケージが固くなり、ダイナミクスが抑制されることが明らかになった。この過程は系のストレス緩和によることが示された。元の系に近い密度の領域では、わずかな空孔の導入で、べき的領域のダイナミクスも大きく変動した。
また元の系について研究してきた動的不均一性が、空孔の導入でどのように変化するかを、非ガウス性パラメータや時空相関関数に基づいて議論した。空孔の導入でイオンが加速された系においても、ダイナミクスの動的不均一性は認められたが、元の系よりはガウス型に近づいた。さらに、体積一定で準平衡化した多孔質系リチウムダイシリケートに関し、圧力一定の条件に切り替えてシミュレーションを行うと、系の自己修復が見られたので、その機構について検討し、リチウムメタシリケートとの比較を行った。
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