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2012 Fiscal Year Final Research Report

Development of Multi-level Tribology Simulator based on Ultra-accelerated Quantum Chemical Molecular Dynamics

Research Project

  • PDF
Project/Area Number 20226005
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Design engineering/Machine functional elements/Tribology
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

MIYAMOTO Akira  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) TAKABA Hiromitsu  東北大学, 大学院工学研究科, 准教授 (80302769)
ENDOU Akira  東北大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90344704)
TSUBOI Hideyuki  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (20375182)
KOYAMA Michihisa  東北大学, 大学院工学研究科, 助教 (60372306)
HATAKEYAMA Nozomu  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (50312666)
SUZUKI Ai  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (40463781)
MIURA Ryuji  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教
NAGUMO Ryo  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教
Project Period (FY) 2008 – 2012
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

The multi-level tribology simulator was developed to analyze the tribology phenomenon containing microscopic, mesoscopic and macroscopic levels based on the quantum theory. This was realized for the first time by development of an ultra-accelerated quantum chemical molecular dynamics method, an automation program for precision determinations of interparticle interaction potentials, and so on. This simulator was applied to the tribochemical reaction of engine oil additives and validated by comparison with experimental results.

  • Research Products

    (26 results)

All 2013 2012 2011 2010 2009 2008 Other

All Journal Article (15 results) (of which Peer Reviewed: 15 results) Presentation (5 results) Remarks (6 results)

  • [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, Tasuku Onodera, Maria-Isabel De Barros Bouchet, Nozomu Hatakeyama, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      Tribol. Lett.

      Volume: 50 Pages: 95-104

    • DOI

      DOI:10.1007/s11249-013-0108-z

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

    • Author(s)
      Shandan Bai, Tasuku Onodera, Ryo Nagumo, Ryuji Miura, Ai Suzuki, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 116 Pages: 12559-12565

    • DOI

      DOI:10.1021/jp300937n

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influences of Film Deposition Condition on Friction of Diamond-Like Carbon Film: A Theoretical Investigation2010

    • Author(s)
      Tasuku Onodera, Takanori Kuriaki, Shandan Bai, Ryo Nagumo, Ryuji Miura, Ai Suzuki, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      Tribol. Online

      Volume: 5 Pages: 173-180

    • DOI

      DOI:10.2474/trol.5.173

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Computational Chemistry Study on Friction of h-MoS2. Part II. Friction Anisotropy2010

    • Author(s)
      Tasuku Onodera, Yusuke Morita, Ryo Nagumo, Ryuji Miura, Ai Suzuki, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Fabrice Dassenoy, Clotilde Minfray, Lucile Joly-Pottuz, Momoji Kubo, Jean-Michel Martin, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B

      Volume: 114 Pages: 15832-15838

    • DOI

      DOI:10.1021/jp1064775

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of a Quantum Chemical Molecular Dynamics Tribochemical Simulator and Its Application to Tribochemical Reaction Dynamics of Lubricant Additives2010

    • Author(s)
      Tasuku Onodera, Ryuji Miura, Ai Suzuki, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      Modelling Simul. Mater. Sci. Eng.

      Volume: 18 Pages: 034009

    • DOI

      DOI:10.1088/0965-0393/18/3/034009

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tribochemical Reaction Dynamics of Molybdenum Dithiocarbamate on the Nascent Iron Surface: A Hybrid Quantum Chemical/Classical Molecular Dynamics Study2010

    • Author(s)
      Tasuku Onodera, Yusuke Morita, Ai Suzuki, Riadh Sahnoun, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Carlos A. Del Carpio, Ramesh C. Deka, Momoji Kubo, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      J. Nanosci. Nanotechnol.

      Volume: 10 Pages: 2495-2502

    • DOI

      DOI:10.1166/jnn.2010.1399

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Computational Chemistry Study on Friction of h-MoS2 Part I: Mechanism of Single Sheet Lubrication2009

    • Author(s)
      Tasuku Onodera, Yusuke Morita, Ai Suzuki, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, Fabrice Dassenoy, Clotilde Minfray, Lucile Joly-Pottuz, Jean-Michel Martin, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B

      Volume: 113 Pages: 16526-16536

    • DOI

      DOI:10.1021/jp9069866

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of Nanometer Scale Film Structure of ZDDP Tribofilm on Its Mechanical Properties: A Computational Chemistry Study2009

    • Author(s)
      Tasuku Onodera, Yusuke Morita, Ai Suzuki, Riadh Sahnoun, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Carlos A. Del Carpio, Ramesh C. Deka, Momoji Kubo, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      Appl. Surf. Sci.

      Volume: 256 Pages: 976-979

    • DOI

      DOI:10.1016/j.apsusc.2009.04.205

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Theoretical Study of Dynamic Behavior of Diphenyldisulphide Molecule on Fe Surface: Novel Ultra-Accelerated Quantum Chemical Molecular Dynamics Approach2008

    • Author(s)
      Akira Endou, Tasuku Onodera, Sayaka Nara, Ai Suzuki, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Hiromitsu Takaba, Carlos A. Del Carpio, Ramesh C. Deka, Momoji Kubo, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      Tribol. Online

      Volume: 3 Pages: 280-284

    • DOI

      DOI:10.2474/trol.3.280

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental and Molecular Dynamics Simulations of Tribochemical Reactions with ZDDP: Zinc Phosphate-Iron Oxide Reaction2008

    • Author(s)
      Clotilde Minfray, Tasuku Onodera, Thierry Le Mogne, Sayaka Nara, Shuko Takahashi, Hideyuki Tsuboi, Michihisa Koyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, Carlos A. Del Carpio, Jean-Michel Martin, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      Tribol. Trans.

      Volume: 51 Pages: 589-601

    • DOI

      DOI:10.1080/10402000802011737

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Theoretical Investigation on the Abrasive Wear Prevention Mechanism of ZDDP and ZP Tribofilms2008

    • Author(s)
      Tasuku Onodera, Yusuke Morita, Ai Suzuki, Riadh Sahnoun, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, Carlos A. Del Carpio, Ramesh C. Deka, Clotilde Minfray, Jean-Michel Martin, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      Appl. Surf. Sci.

      Volume: 254 Pages: 7976-7979

    • DOI

      DOI:10.1016/j.apsusc.2008.04.057

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of a New Molecular Dynamics Method for Tribochemical Reaction and Its Application to Formation Dynamics of MoS2 Tribofilm2008

    • Author(s)
      Yusuke Morita, Tasuku Onodera, Ai Suzuki, Riadh Sahnoun, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, Carlos A. Del Carpio, Takatoshi Shin-yoshi, Noriaki Nishino, Atsushi Suzuki, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      Appl. Surf. Sci.

      Volume: 254 Pages: 7618-7621

    • DOI

      DOI:10.1016/j.apsusc.2008.01.123

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Surface Termination on Super-Low Friction of Diamond Film: A Theoretical Study2008

    • Author(s)
      Yusuke Morita, Toshiaki Shibata, Tasuku Onodera, Riadh Sahnoun, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, Carlos A. Del Carpio, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 47 Pages: 3032-3035

    • DOI

      DOI:10.1143/JJAP.47.3032

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Theoretical Investigation on Dynamic Behavior of the Molybdenum Dithiocarbamate Molecule in the Engine Oil Phase2008

    • Author(s)
      Tasuku Onodera, Yusuke Morita, Ai Suzuki, Riadh Sahnoun, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Carlos A. Del Carpio, Momoji Kubo, Takatoshi Shin-yoshi, Noriaki Nishino, Atsushi Suzuki, and Akira Miyamoto
    • Journal Title

      Tribol. Online

      Volume: 3 Pages: 80-85

    • DOI

      DOI:10.2474/trol.3.80

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 物性推算のなかの分子シミュレーション2012

    • Author(s)
      宮本 明
    • Organizer
      化学工学会
    • Place of Presentation
      東北大学(招待講演)
    • Year and Date
      2012-09-20
  • [Presentation] Quantum Chemical Molecular Dynamics Approach for Tribochemistry2011

    • Author(s)
      宮本 明
    • Organizer
      Tribochemistry Hagi
    • Place of Presentation
      山口(招待講演)
    • Year and Date
      2011-10-27
  • [Presentation] 実践的コンピュータ化学から見た表面科学の魅力2010

    • Author(s)
      宮本 明
    • Organizer
      日本表面科学会
    • Place of Presentation
      東北大学(招待講演)
    • Year and Date
      2010-03-10
  • [Presentation] New Horizons in Tribology: The Computational Chemistry Paradigm2009

    • Author(s)
      宮本 明
    • Organizer
      World Tribology Congress
    • Place of Presentation
      京都(招待講演)
    • Year and Date
      2009-09-09
  • [Presentation] 産業革新のための実践的コンピュータ化学:現状と展望2008

    • Author(s)
      宮本 明
    • Organizer
      化学工学会
    • Place of Presentation
      東北大学(招待講演)
    • Year and Date
      2008-09-24
  • [Remarks] マスメディアによる情報発信 2011年11月30日、放送大学科目「物質・材料工学と社会」の第14回、「材料評価とコンピュータ設計」に研究代表者がゲスト解説者として出演、収録された。2011年度に開設されて以降、毎年度放送されている。

  • [Remarks] アウトリーチ活動 高校生を対象とした大規模な講義ライブ「夢ナビライブ」に参加した。2011年7月12日に大阪会場、2011年7月16日と2012年7月14日には東京ビッグサイトにて、研究代表者が本研究に関する成果を含む講義を行った。

  • [Remarks] その他の行事 2008年8月29日、研究代表者の研究室が主催するコンビナトリアル計算化学講習会「量子分子動力学法の講義-応用範囲と適用限界」において、約30名の受講者に対し、本研究に関連する成果の一部を紹介した。本講習会は、方法論や応用例の紹介のみならず、実際にコンピュータを用いた講習会も兼ねたものとなっており、好評であった。

  • [Remarks] 研究代表者の研究室ホームページにて学会発表資料・リストを公開中で、一部動画も公開するなど、よりアピールしやすいような工夫もしている。

    • URL

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

  • [Remarks] パンフレットの配布 研究代表者及び分担者によって、数多くの国際シンポジウム、国際展示会、招待講演、他大学での講義にて、日英両言語の研究内容を紹介するパンフレットを配布し(累計頒布部数6000部以上)、研究成果をアピールしているほか、パンフレットは研究室ホームページでも公開している。

    • URL

      http://www.aki.che.tohoku.ac.jp/whatiscomb.html

  • [Remarks] ソフトウェアの市販化 研究代表者の研究室における研究成果の一部は、(株)菱化システムやペガサスソフト(株)などのソフト会社を通じ、市販ソフトウェアとして国内外の大学、企業などに提供されている。

URL: 

Published: 2014-08-29  

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