2017 Fiscal Year Research-status Report
格子欠陥ダイナミクスを利用した低次元ナノ炭素材料の自発曲率形成機構の解明
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17K14145
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
LEI XIAOWEN 福井大学, 学術研究院工学系部門, 講師 (50726148)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 弾性力学 / 原子シミュレーション / 曲率 / 格子欠陥 / 炭素材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2次元弾性論に基づく従来の転位論では評価できなかった面外変形に対する力学を構築するために、まず具体的に低次元ナノ炭素構造体として、グラフェンシート(Graphene Seet; GS)を用いて、5員環と7員環をひとつずつ含む完全回位モデルを作成し、原子シミュレーションソフトLAMMPSを用いてその安定構造の解析を行った。特に、格子欠陥導入による自発曲率の形成に注目した。さらに、5員環と7員環からなるPentagon-Heptagon(5-7)欠陥を転位とみなして転位列による部分回位モデルを生成し、同様の安定構造の解析と、自発曲率の形成解析を実施した。
得られた結果から、面外変位とその二次勾配としての曲率分布を評価した結果、原子モデルによって得られた構造は、連続体シェルモデルを用いた線形理論（曲げ剛性と曲率の二乗の積で曲げひずみエネルギーが評価される）と高い一致を示すことが明らかになった。また、転位列では曲げ剛性が局所的に小さいことを明らかにした。
カーボンナノチューブ(Carbon Nanotube; CNT)の原子構造モデルを作成し、複数のStone-Wales (SW)欠陥の相互作用場をサイトポテンシャルエネルギー分布によって解析した。このエネルギー分布は弾性ひずみエネルギー密度と解釈することができ、両者の関係から格子欠陥の曲がった曲面内での面内相互作用を明らかにした。
これらの研究結果について、連続体シェル理論を用いた粗視化モデルの構築に結びつけることができる。研究成果については、学会、シンポジウム、国際会議で発表も行っている。また関連する論文発表を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究計画に則り格子欠陥を有する低次元ナノ炭素構造体の自発曲率の解析を行った。新しい曲率評価法を提案しただけでなく、格子欠陥列の曲げ剛性の低下を発見するなど計画にはなかった重要な知見が得られた。福井大学大学院生、大阪大学大学院生の調査研究補助を得て研究を実施することで、マルチスケール材料力学シンポジウム(第22回分子動力学シンポジウム・第10回マイクロマテリアルシンポジウム)、日本機械学会計算力学講演会、2nd International Joint Conference on Advanced Engineering and Technology & International Symposium on Advanced Mechanical and Power Engineering 2017
(IJCAET & ISAMPE 2017)などで研究発表を行っており、当初の計画に比べて多くの研究進展が認められた。
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| Strategy for Future Research Activity |
ナノ構造体と相似な力学特性を有するプロトタイプの造形と構造安定解析を行う。福井大学大学院生と大阪大学大学院生の調査研究補助を得て実施し、9th Multiscale Materials Modeling (MMM2018) 、日本機械学会計算力学講演会、日本機械学会M&M材料力学カンファレンス、北陸信越支部定時総会講演会など学会に参加し、情報収集と成果発表を行う。得られた成果は速やかに論文として投稿する。
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| Causes of Carryover |
研究は順調に進んでおり、当初計画していた出張を次年度に行うため繰越した。一方で、研究はE-mailなどを活用して情報共有をはかっており、進捗に遅れはないが、オフラインでのミーティング等は次年度以降に集中的に行うようにスケジュールを調整した。
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