• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

ナノチューブの機能破壊を誘引する非線形局在振動

研究課題

研究課題/領域番号 21656031
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関京都大学

研究代表者

北村 隆行  京都大学, 工学研究科, 教授 (20169882)

研究分担者 澄川 貴志  京都大学, 工学研究科, 講師 (80403989)
嶋田 隆広  京都大学, 工学研究科, 助教 (20534259)
研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2010年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2009年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
キーワード非線形局在振動 / カーボンナノチューブ / 破壊 / 分子動力学 / 非線形相互作用 / エネルギー局在 / 欠陥 / 原子構造体
研究概要

均一なカーボンナノチューブ(CNT)に引張りひずみを負荷すると、局所に五員環と七員環から成るStone-Wales(SW)欠陥が導入される。この構造変化は、CNTの電気的機能喪失をもたらすものであるが、その欠陥発生箇所の予測は不可能とされてきた。一方、非線形局在振動(ILM : Intrinsic Localized Mode)は、局所で振幅の大きい振動が継続する非線形離散システムに特有の現象であり、近年、我々は原子構造体中でILMが存在し得ることを初めて示した。ILMは、構造不均一(例えば、き裂)がない場合にも局所的な運動エネルギーの集中を引き起こす力学現象であり、局所からの欠陥生成等の構造的不安定を誘発すると考えられる。本研究では、分子動力学法によるCNTのひずみ負荷シミュレーションを行い、非線形局在振動(ILM)の特性を解明するとともに、SW欠陥の生成メカニズムとの関連性を明らかにする。本年度は、前年度の成果に基づいて選定したILM励起可能性の高い複数の条件を対象に引張り分子動力学計算を実施した。低ひずみ域ではILMの励起に対しCNT構造は変化しないが、ある一定の負荷以上ではILM励起箇所からSW欠陥が生成・拡大することを示した。さらに詳細な振動特性解析を実施したところ、(1)局所でILMが励起し、非線形原子間相互作用により振動数ならびに振幅が増大する、(2)増幅されたILMにより振動方向の炭素原子間の共有結合が切断される、(3)切断された炭素原子はILMにより多大な運動量を有し、これが周囲の結合の組換えを促すことでSW欠陥が生成される、ことを明らかにした。本成果は学術誌Physical Review Bに掲載されるなど国際的に高い評価を受けており、我々が示したILMによる構造不安定の誘発は、ナノレベルの新しい破壊機構の一つとして今後さらなる研究・発展が期待される。

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2010 2009

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Stone-Wales transformations triggered by intrinsic localized modes in carbon nanotubes2010

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Shimada, Daisuke Shirasaki, Takayuki Kitamura
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 81

    • NAID

      120003477784

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dislocation nucleation in a thin Cu film from molecular dynamics simulations : Instability activation by thermal fluctuations2010

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Umeno, Takahiro Shimada, Takayuki Kitamura
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 82

    • NAID

      120003477783

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 非線形局在モードによるカーボンナノチューブの局所欠陥生成に関する分子動力学解析2010

    • 著者名/発表者名
      嶋田隆広, 北村隆行
    • 雑誌名

      M&M2010材料力学カンファレンス講演論文集

      ページ: 99-101

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] Influence of nonlinear atomic interaction on excitation of intrinsic localized modes in carbon nanotubes2010

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Shimada, Daisuke Shirasaki, Yusuke Kinoshita, Yusuke Doi, Akihiro Nakatani, Takayuki Kitamura
    • 雑誌名

      Physica D 239

      ページ: 407-410

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 破壊のナノ力学 (第1報ナノ構造体の界面強度)2009

    • 著者名/発表者名
      北村隆行, 澄川貴志, 嶋田隆広
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集 (A編) 研究展望 75

      ページ: 778-783

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 破壊のナノ力学 (第2報 ナノ要素の強度)2009

    • 著者名/発表者名
      北村隆行, 澄川貴志, 嶋田隆広
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集 (A編) 研究展望 75

      ページ: 784-791

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 切欠きからの転位発生に関する原子モデル不安定モード解析 -有限温度による不安定変形発生メカニズムの検討-2009

    • 著者名/発表者名
      梅野宜崇, 嶋田隆広, 北村隆行
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集 (A編)- 75

      ページ: 1247-1254

    • NAID

      110007358707

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 非線形局在モードによるカーボンナノチューブの局所欠陥生成に関する分子動力学解析2010

    • 著者名/発表者名
      嶋田隆広, 北村隆行
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2010材料力学カンファレンス
    • 発表場所
      長岡技術科学大学
    • 年月日
      2010-10-10
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] カーボンナノチューブの Stone-Wales 欠陥を誘起する非線形局在振動2009

    • 著者名/発表者名
      片岡亮, 白崎大輔, 嶋田隆広, 北村隆行
    • 学会等名
      日本材料学会関西支部 第4回若手シンポジウム
    • 発表場所
      アーブしが
    • 年月日
      2009-12-04
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] カーボンナノチューブの Stone-Wales 欠陥を誘起する非線形局在振動2009

    • 著者名/発表者名
      嶋田隆広, 白崎大輔, 北村隆行
    • 学会等名
      日本材料学会 第14回分子動力学シンポジウム
    • 発表場所
      愛媛県県民文化会館
    • 年月日
      2009-05-22
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

URL: 

公開日: 2009-04-01   更新日: 2016-04-21  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi