| 研究課題/領域番号 |
18K04879
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
田中 之博 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00281791)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 熱整流 / 単層カーボンナノチューブ / グラフェンシート / 欠陥 / 格子力学モデル |
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| 研究実績の概要 |
今年度は、格子欠陥を有する単層カーボンナノチューブに対して、Mahanらが提案したモデルを用いて、熱コンダクタンスの計算を継続して行った。熱コンダクタンスを求める際には、昨年度と同様、熱流に対してランダウワーの公式を使用するため、角周波数の関数としての透過率の計算が必要となる。透過率の計算においては、Mahanらが提案したフォースコンスタントモデルで得られる時間発展方程式（運動方程式）に従う原子の運動をシミュレートすることで求められる。具体的には、カーボンナノチューブに点欠陥がある場合とない場合で、入射領域と欠陥を挟んで反対方向に設置した検出領域の原子の運動エネルギーの比をとることによって得られる。結果として、炭素原子を１個抜くことで得られる格子欠陥を1つだけ導入した場合、入射方向に対する欠陥の向きの違いによる熱コンダクタンスの差は、３％程度となり、以前の斎藤らの提案したモデルと差は生じなかった。すなわち、熱コンダクタンスに対するたわみモードの寄与は、顕著に現れなかった。
さらに、点欠陥を有するグラフェンシートに対して、熱伝導率を求めるために、分子動力学法を用いて計算を実施している。当初、独自に分子動力学シミュレーションのプログラムの開発に取り組み、かなりの時間を消費してしまったが、うまく行かなかったため、汎用の分子動力学シミュレータであるlammpsを導入し改良しながら、系を流れる熱流および熱伝導率を目下計算中である。
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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
[研究実績の概要]でも示したように、熱伝導率の計算の際、独自の分子動力学シミュレータを開発しようと試みたが失敗に終わり、既存の分子動力学シミュレータであるLammpsに基づいて、再計算を行っているため。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度が最終年度であるため、また、研究が遅れているため、本研究課題の最も重要な点であるカーボンナノ構造における熱伝導に焦点を当てて研究を行う。基本的には、分子動力学シミュレータのlammpsを用いて計算を行い、欠陥を有するグラフェンシート、グラフェンリボン、および、カーボンナノチューブの熱伝導における欠陥形状の異方性の効果をまとめる。具体的には、欠陥の大きさや個数、配置を変化させ、熱伝導率の違いを系統的に調べる。これらのパラメータに対して、熱整流効果が最適になる条件を求める。それらの結果から、カーボンナノ材料を用いてフォノンダイオードの実現可能性を探る。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウィルス感染症の拡大防止のため、参加するはずだった第67回応用物理学会春季学術講演会が中止になったため。
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