2022 Fiscal Year Research-status Report
A new concept of the low friction mechanism of layered materials
| Project/Area Number |
21K18679
|
|---|
| Research Institution | University of Hyogo |
|---|
Principal Investigator |
鷲津 仁志 兵庫県立大学, 情報科学研究科, 教授 (00394883)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
|
| Keywords | グラフェン / 酸化グラフェン / 層状化合物 / トライボロジー / 分子動力学 / 反応力場 / マテリアルズ・インフォマティクス / 水 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
（1） 雰囲気分子を含む移着片の摩擦発現について検討するためのユニバーサルな方法論を確立：水分子集団を含む移着片の摩擦発現過程を解析する手法について．さらに酸化グラフェン系に拡張した．酸化グラフェン中に水分子集団を挿入する解析を実施し，グラフェンと酸化グラフェンとでは摩擦機構が大きくことなることがわかった．
（2） 疎水性相互作用等の雰囲気効果の詳細を検討するための機構解析手法の構築：酸化グラフェン系において，水素結合ネットワーク解析を実施したところ，官能基を起点に水分子集団が結合していることが明らかとなった．
（3） 共有結合性結晶，イオン結晶一般のための解析手法の拡張：ニューラルネットワークポテンシャルを用いた ZnDTP の解析を実施し，鉄表面においてトライボ化学反応が生じることがわかった．
（4） 連携研究グループから提供された実験系に対応する大規模実証計算：実験との連携としては，酸化グラフェンの低摩擦機構について，兵庫県大木之下教授らの解析している酸化グラフェンの摩擦挙動について解析を実施した．上述のように，水素結合ネットワークの形成が低摩擦発現に寄与することが推察された．
（5） MIによる最適組成の探求：MI の適用範囲をトラクション・フルードに適用して，機械学習による摩擦係数の予測について明らかにした．この手法を他の摩擦系についても適用するが，その前に分子シミュレーションとの連携について模索する．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（1） 雰囲気分子を含む移着片の摩擦発現について検討するためのユニバーサルな方法論を確立：グラフェンの低摩擦における雰囲気中の水の寄与については，これまで全く議論されてこなかった．さらに，酸化グラフェン系に拡張できつつある．
（2） 疎水性相互作用等の雰囲気効果の詳細を検討するための機構解析手法の構築：材料近傍における水の寄与については，新学術領域「水圏機能材料」で提案されているように，材料科学の新しい着眼点であり，この観点からも本研究課題は寄与できると考えられる．
（3） 共有結合性結晶，イオン結晶一般のための解析手法の拡張：エンジニアリングの観点としては，鉄との混合系について議論することができた意義は大きく，さらに酸化グラフェン系や MoS2 系にも拡張しようとしている．
（4） 連携研究グループから提供された実験系に対応する大規模実証計算：上記と関連するが，酸化グラフェンについても幅広い適用対象が存在する．一方で，層状化合物として通常のグラファイトと同じ熱回避運動による低摩擦機構であるかどうかが判らなかった．この点について，両者が異なるということが判りつつあり，層状化合物の科学として有意義であると考えられる．
（5） MIによる最適組成の探求：本系は雰囲気分子を含む潤滑系であるため，MIの適用は困難であるが，潤滑油系においてまずは MI による摩擦係数予測を成功しつつある．
|
| Strategy for Future Research Activity |
（1） 雰囲気分子を含む移着片の摩擦発現について検討するためのユニバーサルな方法論を確立：研究開始時に，酸化グラフェンにおいて大きな進展があったため，これを含めたユニバーサルな手法開発としたい．
（2） 疎水性相互作用等の雰囲気効果の詳細を検討するための機構解析手法の構築：水環境下におけるグラフェン移着片の挙動について論文化を現在進めており，必要に応じて解析を増やす予定である．
（3） 共有結合性結晶，イオン結晶一般のための解析手法の拡張：酸化グラフェンに加えて，NNP による ZnDTP に加えて MoDTC の解析を実施する．これにより，MoS2 形成について調べる．
（4） 連携研究グループから提供された実験系に対応する大規模実証計算：酸化グラフェンの実験との連携をさらに深める．また大規模実証計算を準備する．
（5） MIによる最適組成の探求：本系におけるMIの実現を目指して，潤滑油で手法開発を進める．
|
| Causes of Carryover |
アウトプットの報告および情報収集のために予定していた学会参加が新型コロナのために減少したため，2023年度に使用することにしたい．
|
