2015 Fiscal Year Research-status Report
カーボンナノチューブの構造に着目した曲率を有する低次元材料の格子欠陥挙動の解明
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26870348
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
LEI XIAOWEN 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (50726148)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | carbon nanotube / Stone-Wales defect / dislocation dipole / lattice defect / minimum energy path |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二次元材料としてのカーボンナノチューブ（Carbon nanotube; CNT）の円筒形状に特有の周方向の周期性と曲率に着目し、グラフェンシート（Graphene Sheet; GS）との比較により、曲率を有する低次元材料の格子欠陥理論の構築に向けた基礎的研究を行う。具体的には、Stone-Wales(SW) 欠陥から分解してできるPentagon-Heptagon(5-7) 欠陥対の解析を通じて、欠陥構造の安定性、運動に対するエネルギー障壁を調べ、原子モデルを用いた基礎的解析とシェル理論に基づく連続体モデルを用いて、曲面上の格子欠陥論を構築し、材料創成の新プロセスや新機能発現に結びつく基礎的知見を得ることを目的とする。
平成27年度は、格子欠陥モデルを用いて欠陥の力学挙動を考察し、具体的、相対変位によるエネルギーを表現し、格子力学（Peierls-Nabarro）モデルを用いて、CNTの5-7欠陥対の相互作用及び最小エネルギー経路を定量的に評価する研究を実施した。その結果、SW欠陥、および、それが分離して生成された5-7欠陥対の局所安定配置とそのエネルギーを評価することに成功した。さらに、得られた隣接するエネルギー極小配置に対して、Nudged Elastic Band法（NEB法）を用いて最小エネルギー経路を求め、平均相対変位の関数として表現した総エネルギーの地形を得ることに成功した。このような配置の変化は、移動、生成、消滅の過程に分類され、グラフ理論により整理されることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
格子欠陥モデルを用いて欠陥の力学挙動を考察し、具体的、相対変位によるエネルギーを表現し、格子力学（Peierls-Nabarro）モデルを用いて、CNTの5-7欠陥対の相互作用及び最小エネルギー経路を定量的に評価する研究を実施した。研究成果は、掲載論文2報、投稿論文1報、国際会議発表3件と国内学会発表3件が公表するなど研究は当初の計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
さまざまなカイラリティのCNT に対して、転位にはたらく力（Peach-Koehler 力）を自由行程上の運動座標の関数として評価し、H26 年とH27年に実施したGS の解析と比較し、曲率の有無による結果の違いを調べる。さらに、通常の弾性論を基礎とした転位論を、シェル理論に基づく曲面弾性論を基礎とした転位論に発展させた新理論を定式化する。提案した連続体力学モデルを用いた解析と原子モデルの解析を比較し、理論を検証する。CNTの格子欠陥挙動の曲率依存性の結果および異なる層の格子欠陥同士の相互作用について、得られた結果を取りまとめ、成果の発表を行う。
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| Causes of Carryover |
出産に伴う休暇と育児のスケジューリングから、研究計画の一部順序変更を行い、本年度は理論解析を中心実施し、当初H26年度とH27年度予定の国内・外国出張旅費の支出については次年度に順延している。（期間延長手続きを行い、許可されている。）
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
H28年度、それぞれの研究結果は、日本機械学会計算力学講演会、日本機械学会 M&M2016材料力学カンファレンス、The24th International Congress of Theoretical and Applied Mechanice (ICTAM2016)での研究発表を予定している。
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Research Products
(8 results)
