2010 Fiscal Year Annual Research Report
カーボンナノチューブの機能化および劣化機構の理論的研究
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20550012
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
IRLE Stephan 名古屋大学, 高等研究院, 特任准教授 (00432336)
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| Keywords | 量子化学 / 単層カーボンナノチューブの酸化 / 格子欠陥 / グラフェンの浸食 / 分子動力学シミュレーション |
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| Research Abstract |
黒鉛は高温と高圧の下で作動しているシステムのための重要な表面の裏材料で、ロケット・ノズルのための、そして、核融合技術のプラズマ分流加減器のための表面の材料としてテストされている。
これらのテクノロジーの重要性にもかかわらず、ごくわずかしか高温、燃料燃焼から酸化剤との反応により黒鉛浸食を引き起こしている高圧的な(高いT,P)プロセスまたは融合原子炉でプラズマ壁インターフェースで炭化水素産出高を引き起こしている水素の高温化学スパッタリングについてわかっていない。
基礎黒鉛(0001)の既存の穴がこれまでにより大きな穴に終わっている腐食性の種の攻撃の第一の場所であることが、そして、穴の端の化学安定性と"穴の技術についての知識たがって、filling"が石墨の壁材料のパフォーマンスを向上させるために重要であることが、多数の理論的で実験的な研究において明白になった。
H22では、グラフェンやカーボンナノチューブでの大きな欠損の修復について研究した。我々の量子化学に基づいた分子動力学シミュレーションでは、欠損を持つグラフェンシートのシミュレーションに際し周期的境界条件を用い、高温条件下で一定の時間間隔を空けてC2分子をランダムに加えていった。我々は、ポリイン鎖が五員環や七員環を含む環状構造へと変化することにより、グラフェン上の欠損が効率よく修復されることを発見した。さらに、五員環/七員環の対を消費して六員環の数が徐々に増加していくという過程(Stone-Wales転移)から説明できるように、C2を付加していくことによりグラフェン化のエネルギー障壁は減少する。炭素を含む種を豊富に含む減圧下で、グラファイト上の欠損は効率よく修復されると結論づけた。
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