| 研究課題/領域番号 |
19K05198
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 神奈川大学 (2021-2022)
東京都立大学 (2019-2020) |
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研究代表者 |
真庭 豊 神奈川大学, 付置研究所, 客員教授 (70173937)
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| 研究分担者 |
客野 遥 神奈川大学, 工学部, 准教授 (10746788)
松田 和之 神奈川大学, 工学部, 教授 (60347268)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | カーボンナノチューブ / 流体現象 / 摩擦 / 抵抗 / ナノ現象 / 分子動力学計算 / ナノ流体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
自然界の現象の理解や人工的なナノ機械の構築において、構成する物質間の摩擦現象の解明は重要な研究テーマの一つであると考えられる。この摩擦現象は、物質間の隙間に水などの液体が存在することによって顕著に影響を受けると推測される。特に隙間の大きさがナノメートルスケールになると、バルクとは異なる新規摩擦現象の発現が期待できる。本研究では、2次元空間および1次元空間に液体がある場合の摩擦現象、および隙間の液体について摩擦が関与した流体現象を研究する。
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| 研究実績の概要 |
自然界の現象の理解や人工的なナノ機械の構築において、構成する物質間の摩擦現象の解明は重要な研究テーマの一つである。本研究では、隙間に水などの液体が介在する場合の摩擦現象と摩擦が関与した流体現象を明らかにする。特に、2次元材料間などの隙間に水などの液体がある場合の摩擦現象、およびカーボンナノチューブ(CNT)のナノ・サブナノメートルサイズの空洞内の水などについての摩擦が関与した流体現象を理論的・実験的に明らかにすることを目的とする。
2021年度は、2020年度構築したCNTの中の水の流体現象を明らかにするモデルシステムすなわち二つのタンクをCNTで結合し、その間を流れる水の流量Qと圧力差Ｐの関係について詳細な計算を行った。CNTとしては炭素原子の位置を固定した剛体モデルを用いた。また、簡単のために一方のタンクの圧力をゼロとした。2021年度は、各CNTにおいて長さおよび直径が異なる2種類についての計算を行った。2022年度では2021年度の計算結果をもとに、CNTの直径を3種類に拡張し、さらにCNTの長さも3種類に拡張して精密な計算を行った。
その結果、流量Ｑと圧力Ｐに対して示唆された2021年度の関係式の追認に成功した。CNTを通して流れる水への流体抵抗は、剛体CNT内部ではほとんど無視でき、更に見出された顕著な流体抵抗は、タンクとCNTとの接続部分、即ち水がタンクからCNTに流入する部分にあることがわかった。そのCNT を流れる水の流量Qは、Q∝（P-P1)と書かれ、ここでP1はCNTの直径に依存する定数である。今後これらの計算結果を詳細に解析して、水のCNTへの流入部分での水の局所構造変化についての詳細を明らかにしたいと考えている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
コロナ禍のため、実験室での研究が、放射光などの研究にかなり限られてしまい、研究は主に計算機シミュレーションをおこなった。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は、今まで続けてきた計算機シミュレーションをより詳細に行い、結果をまとめて論文発表を行いたい。また、液体を挟んだ平板間の摩擦現象についての計算機シミュレーション及び対応する実験室での研究を行いたい。実験室ではAFM（原子間力顕微鏡）を用いた摩擦測定を行いたい。
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