2021 Fiscal Year Research-status Report
ナノコンポジットの強化材/樹脂界面接合状態に関する電子論に基づく研究
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21K04678
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
屋山 巴 工学院大学, 先進工学部, 助教 (10741514)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ナノコンポジット / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、カーボンナノチューブ(以下CNT)と樹脂からなるナノコンポジットの機械的特性の発現機構を界面の原子配置および電子状態に基づいて解明することである。CNTは優れた機械的特性を持つものの、樹脂との接着性が低く、材料全体としての高い強度が得られていないことが課題となっている。本研究では、微視的な界面モデルを用いて、界面の微視的構造と界面接合性の関係を明らかにすることを目指している。初年度は研究計画の通り、第一原理計算を用いて、CNT/樹脂界面をモデル化し、その界面特性について調べた。その結果、まず、欠陥のないCNTと樹脂の間には共有結合がなく、実験的に観測されている弱い結合(van der Waals力による結合)にとどまることを確認した。さらに、CNTに点欠陥を導入し、化学的活性の高い箇所を生じさせたところ、その近傍では樹脂分子との結合が生じうることを示した。これにより、CNT/樹脂間における強い結合の可能性が見いだされた。この結果について、2021年第82回応用物理学会秋季学術講演会および、学術雑誌において報告した。現在はさらに、第一原理計算によりCNTの引張試験をモデル化し、CNTの機械的特性として剛性（ヤング率）を調べており、欠陥が生じることによりCNTのヤング率が低下することが示唆されている。界面に樹脂が結合、修飾した場合に機械的特性がどのように変化するかについても調査中であり、今後報告する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画に則り、CNT/エポキシ樹脂界面モデルを作成し、第一原理計算を用いて界面特性を調べた。得られた結果について、学会および学術論文誌に報告を行ったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、研究計画のとおり、分子動力学手法を用いて、多数の樹脂高分子を含むモデルを作成し、ナノコンポジットの機械的特性について研究を進める。また、昨年の内容に引き続き、第一原理計算を用いた界面特性についての研究、および構造多型についての特性変化についても研究を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
計画の通りに、必要な仕様を備えた研究用計算装置をほぼ予算通りに調達した。値引きによって予算との差額が生じたため、次年度使用額が生じている。次年度分と併せて研究に必要な解析用計算機の調達に充てる予定である。
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