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2012 Fiscal Year Annual Research Report

超高速化量子分子動力学法に基づくマルチレベルトライボロジーシミュレータの開発

Research Project

Project/Area Number 20226005
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

宮本 明  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (50093076)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 三浦 隆治  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (00570897)
鈴木 愛  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (40463781)
畠山 望  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (50312666)
高羽 洋充  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80302769)
Project Period (FY) 2008-05-12 – 2013-03-31
Keywordsマルチレベル / 量子分子動力学 / トライボケミカル / シミュレータ / 摩擦
Research Abstract

高信頼性・低環境負荷の自動車・機械装置の開発には、高機能かつ無リン・無硫黄の潤滑添加剤・磨耗防止剤が必要とされており、その効果的な研究開発のために、ナノ摩擦界面における被膜形成過程などトライボケミカル反応の解明手法の確立が切望されている。本研究では、超高速化量子分子動力学法の開発によって、量子論に基づいたミクロとメソ、マクロなど各レベルのトライボロジーシミュレータを統合した世界初の「マルチレベルトライボロジーシミュレータ」を実現し、新規研究領域の開拓を目的とする。平成24年度は、(1)超高速化量子分子動力学法プログラムの開発と検証、(2)実在系添加剤の基油存在下におけるトライボケミカル反応の実験融合シミュレーション、(3)メソ・マクロレベル摩擦摩耗シミュレータの開発と応用、を行った。(1)については、昨年度に引き続いて、超高速化量子分子動力学法の一連の計算の流れを自動化するプログラムの開発を行った。応用研究を実施しながら検証を行うことにより、更なるプログラムおよびパラメータの精密化を進めた。(2)については、基油としてポリアルファオレフィン(PAO)、添加剤として高級脂肪酸や極圧剤のジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTPあるいはZDDP)から生成されるリン酸亜鉛について検討を行った。(3)については、実験との連携を可能とするために必要となる、実時間に対応する高速なメソ・マクロレベル摩擦摩耗シミュレータを,計算負荷の小さなキネティック・モンテカルロ法に基づき開発した。これに、超高速化量子分子動力学法計算による摩擦面の物性を導入することで、実験融合マルチレベルトライボロジーシミュレータが完成した。トライボロジー実験研究において世界的な第一人者であるリヨン工科大学のJean Michel Martin教授と共同で応用研究を行い、シミュレーションの有用性を確認した。

Current Status of Research Progress
Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (19 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (12 results) (of which Invited: 5 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Antiwear Chemistry of ZDDP: Coupling Classical MD and Tight-Binding Quantum Chemical MD Methods (TB-QCMD)2013

    • Author(s)
      Tasuku Onodera,Jean Michel Martin, Clotilde Minfray, Fabrice Dassenoy, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      Tribol. Lett.

      Volume: 50 Pages: 31-39

    • DOI

      DOI:10.1007/s11249-012-0063-0

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantum Chemical Molecular Dynamics Study of the Water–Gas Shift Reaction on a Pd/MgO(100) Catalyst Surface2013

    • Author(s)
      Farouq Ahmed et al.
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 117 Pages: 5051-5066

    • DOI

      10.1021/jp310946x

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anti-wear Chemistry of ZDDP and Calcium Borate Nano-additive. Coupling Experiments, Chemical Hardness Predictions, and MD Calculations2013

    • Author(s)
      Jean Michel Martin et al.
    • Journal Title

      Tribology Letters

      Volume: 50 Pages: 95-104

    • DOI

      10.1007/s11249-013-0108-z

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electronic and Atomistic Roles of Cordierite Substrate in Sintering of Washcoated Catalysts for Automotive Exhaust Gas Emissions Control: Multi-scale Computational Chemistry Approach based on Ultra-Accelerated Quantum Chemical Molecular Dynamics Method2012

    • Author(s)
      Akira Miyamoto et al.
    • Journal Title

      SAE Technical Paper

      Volume: 2012-01-1292 Pages: -

    • DOI

      10.4271/2012-01-1292

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Friction Reduction Mechanism of Hydrogen- and Fluorine-Terminated Diamond-Like Carbon Films Investigated by Molecular Dynamics and Quantum Chemical Calculation2012

    • Author(s)
      Shandan Bai et al.
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 116 Pages: 12559-12565

    • DOI

      10.1021/jp300937n

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaluation for Sintering of Electrocatalysts and Its Effect on Voltage Drops in High-Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells (HT-PEMFC)2012

    • Author(s)
      Ai Suzuki et al.
    • Journal Title

      International Journal of Hydrogen Energy

      Volume: 37 Pages: 18272-18289

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2012.09.016

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Next Generation Automotives: Goal of the National Project in Japan2013

    • Author(s)
      Akira Miyamoto
    • Organizer
      5th ELyT Lab Workshop
    • Place of Presentation
      Zao, To-o-gatta
    • Year and Date
      20130117-20130120
    • Invited
  • [Presentation] Multi‐Scale, Multi‐Physics Computational Methods based on Ultra‐Accelerated Quantum Chemical Molecular Dynamics for the Design of Industrial Nanomaterials2012

    • Author(s)
      Akira Miyamoto et al.
    • Organizer
      ICEAN 2012
    • Place of Presentation
      Mercure Hotel, Brisbane, Australia
    • Year and Date
      20121022-20121025
    • Invited
  • [Presentation] 物性推算のなかの分子シミュレーション-東北大学での研究を振り返って-2012

    • Author(s)
      宮本 明
    • Organizer
      化学工学会第44回秋季大会
    • Place of Presentation
      東北大学、仙台
    • Year and Date
      20120919-20120921
    • Invited
  • [Presentation] Development of Experiments Integrated Multi-Scale, Multi-Physics Computational Methods Based on Ultra-Accelerated Quantum Chemical Molecular Dynamics for Nanoskeleton TiO2 Synthesis for Microgravity Experiments2012

    • Author(s)
      Akira Miyamoto et al.
    • Organizer
      ZMPC 2012
    • Place of Presentation
      Aster Plaza, Hiroshima
    • Year and Date
      20120728-20120801
  • [Presentation] Experiments Integrated Modeling of TiO2 Nanoskeleteon and Its Application by Computational Chemistry2012

    • Author(s)
      Nozomu Hatakeyama et al.
    • Organizer
      ZMPC 2012
    • Place of Presentation
      Aster Plaza, Hiroshima
    • Year and Date
      20120728-20120801
  • [Presentation] Development and Application of Micro-Meso-Macro Multi-scale Simulator Based on Quantum Molecular Dynamics for Automotive Catalysts2012

    • Author(s)
      Akira Miyamoto et al.
    • Organizer
      15th International Congress on Catalysis
    • Place of Presentation
      International Congress Centre, Munich, Germany
    • Year and Date
      20120701-20120706
  • [Presentation] Method, Accuracy and Performance of Ultra-Accelerated Quantum Chemical Molecular Dynamics for Heterogeneous Catalysts2012

    • Author(s)
      Akira Miyamoto et al.
    • Organizer
      ICTAC-14
    • Place of Presentation
      Golden Tulip Standhotel, Vlissingen, The Netherlands
    • Year and Date
      20120626-20120630
  • [Presentation] カーボン担持コアシェル触媒の超高速化量子分子動力学シミュレーション2012

    • Author(s)
      畠山 望
    • Organizer
      第19回燃料電池シンポジウム
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀、東京
    • Year and Date
      20120516-20120517
  • [Presentation] Theoretical Prediction of Thermal Sintering and Grain Growth of Noble Metal Catalysts (Ru, Pt, Pd and Rh) Supported on CeO22012

    • Author(s)
      Ai Suzuki et al.
    • Organizer
      IACIS 2012
    • Place of Presentation
      Sendai International Center, Sendai
    • Year and Date
      20120513-20120518
  • [Presentation] Electronic and Atomistic Roles of Cordierite Substrate in Sintering of Washcoated Catalysts for Automotive Exhaust Gas Emissions Control: Multi-scale Computational Chemistry Approach based on Ultra-Accelerated Quantum Chemical Molecular Dynamics Method2012

    • Author(s)
      Akira Miyamoto et al.
    • Organizer
      SAE 2012 World Congress & Exhibition
    • Place of Presentation
      Cobo Center, Detroit, USA
    • Year and Date
      20120424-20120426
  • [Presentation] 電池をささえるコンピュータ・シミュレーション技術

    • Author(s)
      宮本 明
    • Organizer
      日本セラミックス協会資源・環境関連材料部会講演会
    • Place of Presentation
      東京都立産業技術研究センター
    • Invited
  • [Presentation] 産業革新のための実践的コンピュータ化学~低炭素技術への応用

    • Author(s)
      宮本 明
    • Organizer
      低炭素社会基盤材料融合研究センター第3回ワークショップ
    • Place of Presentation
      東北大学金属材料研究所、仙台
    • Invited
  • [Remarks] 東北大学宮本研究室

    • URL

      http://www.aki.che.tohoku.ac.jp/gyouseki_top.htm

URL: 

Published: 2014-07-24  

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