| 研究課題/領域番号 |
22K03824
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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18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
西村 正臣 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (40554580)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2025年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 分子動力学 / カーボンナノチューブ / 回転伝達軸 / 座屈 / ナノ構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，カーボンナノチューブ(CNT) の層間での低摩擦性や，曲げ変形時などでも構造破壊が生じにくい柔軟性・構造安定性などを生かすことで，ナノ空間における柔軟な回転伝達軸を想定したカーボンナノフレキシブルシャフト（CNFS）という新しいナノ構造部材を提案する．提案するCNFSの応用に向けた前段階として，分子動力学法を用いた原子シミュレーションの観点から基礎的特性を評価する．
まずは，柔軟な形状で伝達軸として応用するために，変形に対する構造安定性について明らかにする．さらに，曲げられた構造において，最外層に回転を与えるようなシミュレーションを実施することで，回転伝達特性について検討する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，カーボンナノチューブ(CNT)をナノ空間における柔軟な回転伝達軸を想定したカーボンナノフレキシブルシャフト（CNFS）という新しいナノ構造部材として応用する前段階として，分子動力学法による原子シミュレーションを実施する．具体的には，分子動力学法を用いて，CNTの内層を曲げた状態で両端を固定することにより軸受けとしての役割を担わせるとともに，外層部分に回転を伝達させるようなシミュレーションを実施することで，CNFSを想定した動的なシミュレーションにより回転伝達に関する基礎的特性を評価する．
令和４年度は，直線形状の多層CNTを対象として，１つの層のみに回転を与える分子動力学シミュレーションを実施して回転変形挙動について評価した．その結果，CNTの一端に回転を与えた場合には回転時にわずかな振動が生じること，回転速度が大きいと温度が上昇してしまうこと，回転による他の層への影響は少ないことなどを明らかにした．
また，CNTの曲げ変形時において発生する円筒形状が崩れるような局部座屈について検討するため．多層CNTの両端の軸をずらすような条件で曲げ変形が生じるような分子動力学シミュレーションプログラムを実装した．実装した分子動力学シミュレーションを用いて，CNTの層数や長さなどの原子構造の異なる多層CNTを対象として変形挙動に違いについて検討することで，CNTの曲げ状態での構造安定性に関する知見を深めた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の予定通り，比較的少ない原子数のモデルを対象として，種々の分子動力学シミュレーションを実施できており，回転に関する分子動力学シミュレーションの諸条件を決めるための基礎的な知見が得られた．
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| 今後の研究の推進方策 |
令和４年度に得られたCNT層の回転シミュレーションの諸条件を元にして，さらに寸法の長いモデルを対象とした解析を実施する．さらに，直線形状ではないモデルを対象とした回転シミュレーションを実施することで，曲げ状態での回転伝達時の原子挙動についても評価する．
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