2016 Fiscal Year Annual Research Report
Behavior of lattice defects in curved low-dimensional materials based on the analysis of the structure of carbon nanotubes
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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, 学術研究院工学系部門, 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 |
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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。
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。 さらに、CNT の構造におけるエネルギー変化に注目し，格子欠陥を含むCNT のモデルを作成し，分子動力学法によるシミュレーションによってミクロな原子構造のエネルギーが最小となる配置を求め，CNT のカイラリティや長さ，格子欠陥の入れ方によるエネルギーの変化を背成功に考察した．
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