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マルチスケールシミュレーション法の開発とカーボン系ナノ材料への適用

研究課題

研究課題/領域番号 19019011
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関広島大学

研究代表者

星野 公三  広島大学, 大学院・総合科学研究科, 教授 (30134951)

研究分担者 仙田 康浩  山口大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (50324067)
下條 冬樹  熊本大学, 大学院・自然科学研究科, 准教授 (60253027)
研究期間 (年度) 2007 – 2008
研究課題ステータス 完了 (2008年度)
配分額 *注記
3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
2008年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
2007年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
キーワード分子動力学シミュレーション / 第一原理・古典ハイブリッド法 / カーボンナノチューブ / グラフェン / 格子欠陥 / ナノ構造化グラファイト
研究概要

本年度は、以下のような研究を実施し、新しい知見を得た。
(1) 新しいマルチスケールシミュレーション法の開発
分子動力学法(MD)による原子モデルと有限要素法(FEM)で表された連続体モデルを接続する新しいMD/FEMハイブリッド手法を、Andersenにより提唱された圧力一定MDの方法を拡張することにより導き出した。弾性連続体と粒子系から成るハイブリッドモデルを導入し、弾性連続体の有限要素の自由度をハイブリッドモデルのラグランジュ関数に組み込んだ. このハイブリッド手法の有効性を確認するため, 本年度は、5-7-7-5欠陥を含むアームチェア型単層カーボンナノチューブの両端に引張り力を加えたときのカーボンナノチューブの破壊現象に、このMD/FEMハイブリッド手法を適用し、チューブが破断する前後の格子欠陥周辺の原子配置の時間変化を詳しく調べることができることを示した。
(2) グラフェンにおける点欠陥周辺の構造緩和
グラフェンから炭素原子を1個取り除いて点欠陥を作ると、点欠陥のまわりに3本のダングリングボンド(3DB)ができる。この構造はエネルギー的に不安定なので、2本のダングリングボンドが結合して、5角形と9角形を形成して、5-1DB欠陥へと構造緩和することが予想される。我々は、第一原理・古典ハイブリッドMD法を用いて、この構造緩和が温度上昇に伴ってどのように起こるかを調べた。

報告書

(2件)
  • 2008 実績報告書
  • 2007 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2009 2008 2007 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (10件)

  • [雑誌論文] Reconstruction of Carbon Atoms Around a Point Defect of a Graphene : a Hybrid Quantum/Classical Molecular-Dynamics Simulation2009

    • 著者名/発表者名
      Y. Kowaki
    • 雑誌名

      J. Phys.: Condens. Matter 21

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Inner-Core 2p States on Melting Curve and Structure of Dense Sodium at High Pressures2008

    • 著者名/発表者名
      A. Yamane
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn 77

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A methodology for coupling an atomic model with a continuum model using anextended Lagrange function2007

    • 著者名/発表者名
      G. Kim
    • 雑誌名

      J. Phys.: Condens. Matter 19

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydrogen desorption from nanostructured graphite: ab initio molecular-dynamics studies2007

    • 著者名/発表者名
      A. Harada
    • 雑誌名

      J. Phys.: Condens. Matter 19

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Radius dependence of the melting temperature of single-walled carbon nanotubes: molecular-dynamics simulations2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Kowaki
    • 雑誌名

      J. Phys.: Condens. Matter 19

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hybrid Method for Coupling Molecular Dynamics and Continuum : Applications to One-dimensional Models

    • 著者名/発表者名
      Y. Senda
    • 雑誌名

      Prog. Theor. Phys. Suppl. (印刷中)

    • NAID

      110007225681

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 格子欠陥を含むSWCNTの構造緩和のシミュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      藤井俊行
    • 学会等名
      日本物理学会第64回年次大会
    • 発表場所
      立教大学(東京)
    • 年月日
      2009-03-30
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Reconstruction of carbon atoms around a point defect of a grapheme : a hybrid quantum/classical molecular-dynamics simulation2008

    • 著者名/発表者名
      K. Hoshino
    • 学会等名
      Int. Conf. on Quantum Simulators and Design 2008
    • 発表場所
      科学未来館(東京)
    • 年月日
      2008-06-01
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] ハイブリッド量子古典シミュレーション法によるカーボンナノチューブの格子欠陥の研究2008

    • 著者名/発表者名
      小脇 悠
    • 学会等名
      日本物理学会第63回年次大会
    • 発表場所
      近畿大学(東大阪)
    • 年月日
      2008-03-23
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] グラフェンのエッジに結合した水素・炭化水素の第一原理分子動力学シミュレーション2008

    • 著者名/発表者名
      坂本(原田)晶子
    • 学会等名
      日本物理学会第63回年次大会
    • 発表場所
      近畿大学(東大阪)
    • 年月日
      2008-03-23
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] A new molecular-dynamics/continuum hybrid method2008

    • 著者名/発表者名
      Y.Senda
    • 学会等名
      The second general meeting of Asian consortium on computational materials science - virtual organization (ACCMS-VO)
    • 発表場所
      東北大学(仙台)
    • 年月日
      2008-01-26
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] A new MD/FEM hybrid method: application to one-dimensional model2007

    • 著者名/発表者名
      Y.Senda
    • 学会等名
      International Symposium on the 50th Ammiversary of the Alder Transition
    • 発表場所
      金沢大学(金沢)
    • 年月日
      2007-11-30
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] A methodology for coupling atomic model and continuum model: Toward a multiscale modelling2007

    • 著者名/発表者名
      Y.Senda
    • 学会等名
      The 10th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculation
    • 発表場所
      広島大学(東広島)
    • 年月日
      2007-10-30
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 格子欠陥を含む単層カーボンナノチューブの熱的不安定性2007

    • 著者名/発表者名
      小脇 悠
    • 学会等名
      日本物理学会第62回年次大会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌)
    • 年月日
      2007-09-22
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理分子動力学法によるナノ構造化グラファイト中の水素・炭化水素の結合状熊2007

    • 著者名/発表者名
      坂本(原田)晶子
    • 学会等名
      日本物理学会第62回年次大会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌)
    • 年月日
      2007-09-21
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] A new MD/FEM hybrid method: application to one-dimensional model2007

    • 著者名/発表者名
      G. Kim
    • 学会等名
      International Conference on Computational Physics 2007
    • 発表場所
      ブリュッセル(ベルギー)
    • 年月日
      2007-09-06
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2007-04-01   更新日: 2018-03-28  

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