超高速化量子分子動力学法に基づくマルチレベルトライボロジーシミュレータの開発

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20226005
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 設計工学・機械機能要素・トライボロジー
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 宮本 明 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (50093076)
• 研究分担者: 高羽 洋充 東北大学, 大学院工学研究科, 准教授 (80302769) ; 遠藤 明 東北大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90344704) ; 坪井 秀行 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (20375182) ; 古山 通久 東北大学, 大学院工学研究科, 助教 (60372306) ; 畠山 望 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (50312666) ; 鈴木 愛 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (40463781) ; 三浦 隆治 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 ; 南雲 亮 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教
• 研究期間 (年度): 2008 – 2012
• キーワード: マルチレベル / 量子分子動力学 / トライボケミカル / シミュレータ / 摩擦

研究概要

ミクロとメソ、マクロを含むトライボロジー現象を量子論に基づいて解析することができる、マルチレベルトライボロジーシミュレータを開発した。これは、超高速量子分子動力学法の開発や、粒子間相互作用ポテンシャル精密決定のための自動化プログラムの開発などによって、初めて可能となった。本シミュレータを実在系の自動車用エンジンオイル添加剤トライボケミカル反応に適用し、実験結果との比較によってその有効性を検証した。

研究成果

• [雑誌論文] "Anti- wear Chemistry of ZDDP and Calcium Borate Nano-additive. Coupling Experiments, Chemical Hardness Predictions, and MD Calculations (2013)
  • 著者名/発表者名: Jean Michel Martin, Tasuku Onodera, Maria-Isabel De Barros Bouchet, Nozomu Hatakeyama, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: Tribol. Lett. 巻: 50 ページ: 95-104
  • DOI: DOI:10.1007/s11249-013-0108-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Antiwear Chemistry of ZDDP: Coupling Classical MD and Tight-Binding Quantum Chemical MD Methods (TB-QCMD) (2013)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Onodera,Jean Michel Martin, Clotilde Minfray, Fabrice Dassenoy, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: Tribol. Lett. 巻: 50 ページ: 31-39
  • DOI: DOI:10.1007/s11249-012-0063-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Friction Reduction Mechanism of Hydrogen-and Fluorine-Terminated Diamond-Like Carbon Films Investigated by Molecular Dynamics and Quantum Chemical Calculation (2012)
  • 著者名/発表者名: Shandan Bai, Tasuku Onodera, Ryo Nagumo, Ryuji Miura, Ai Suzuki, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 116 ページ: 12559-12565
  • DOI: DOI:10.1021/jp300937n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influences of Film Deposition Condition on Friction of Diamond-Like Carbon Film: A Theoretical Investigation (2010)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Onodera, Takanori Kuriaki, Shandan Bai, Ryo Nagumo, Ryuji Miura, Ai Suzuki, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: Tribol. Online 巻: 5 ページ: 173-180
  • DOI: DOI:10.2474/trol.5.173
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Computational Chemistry Study on Friction of h-MoS2. Part II. Friction Anisotropy (2010)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Onodera, Yusuke Morita, Ryo Nagumo, Ryuji Miura, Ai Suzuki, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Fabrice Dassenoy, Clotilde Minfray, Lucile Joly-Pottuz, Momoji Kubo, Jean-Michel Martin, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 114 ページ: 15832-15838
  • DOI: DOI:10.1021/jp1064775
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Quantum Chemical Molecular Dynamics Tribochemical Simulator and Its Application to Tribochemical Reaction Dynamics of Lubricant Additives (2010)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Onodera, Ryuji Miura, Ai Suzuki, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 巻: 18 ページ: 034009
  • DOI: DOI:10.1088/0965-0393/18/3/034009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tribochemical Reaction Dynamics of Molybdenum Dithiocarbamate on the Nascent Iron Surface: A Hybrid Quantum Chemical/Classical Molecular Dynamics Study (2010)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Onodera, Yusuke Morita, Ai Suzuki, Riadh Sahnoun, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Carlos A. Del Carpio, Ramesh C. Deka, Momoji Kubo, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotechnol. 巻: 10 ページ: 2495-2502
  • DOI: DOI:10.1166/jnn.2010.1399
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Computational Chemistry Study on Friction of h-MoS2 Part I: Mechanism of Single Sheet Lubrication (2009)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Onodera, Yusuke Morita, Ai Suzuki, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, Fabrice Dassenoy, Clotilde Minfray, Lucile Joly-Pottuz, Jean-Michel Martin, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 113 ページ: 16526-16536
  • DOI: DOI:10.1021/jp9069866
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of Nanometer Scale Film Structure of ZDDP Tribofilm on Its Mechanical Properties: A Computational Chemistry Study (2009)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Onodera, Yusuke Morita, Ai Suzuki, Riadh Sahnoun, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Carlos A. Del Carpio, Ramesh C. Deka, Momoji Kubo, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: Appl. Surf. Sci. 巻: 256 ページ: 976-979
  • DOI: DOI:10.1016/j.apsusc.2009.04.205
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Theoretical Study of Dynamic Behavior of Diphenyldisulphide Molecule on Fe Surface: Novel Ultra-Accelerated Quantum Chemical Molecular Dynamics Approach (2008)
  • 著者名/発表者名: Akira Endou, Tasuku Onodera, Sayaka Nara, Ai Suzuki, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Hiromitsu Takaba, Carlos A. Del Carpio, Ramesh C. Deka, Momoji Kubo, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: Tribol. Online 巻: 3 ページ: 280-284
  • DOI: DOI:10.2474/trol.3.280
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental and Molecular Dynamics Simulations of Tribochemical Reactions with ZDDP: Zinc Phosphate-Iron Oxide Reaction (2008)
  • 著者名/発表者名: Clotilde Minfray, Tasuku Onodera, Thierry Le Mogne, Sayaka Nara, Shuko Takahashi, Hideyuki Tsuboi, Michihisa Koyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, Carlos A. Del Carpio, Jean-Michel Martin, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: Tribol. Trans. 巻: 51 ページ: 589-601
  • DOI: DOI:10.1080/10402000802011737
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Theoretical Investigation on the Abrasive Wear Prevention Mechanism of ZDDP and ZP Tribofilms (2008)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Onodera, Yusuke Morita, Ai Suzuki, Riadh Sahnoun, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, Carlos A. Del Carpio, Ramesh C. Deka, Clotilde Minfray, Jean-Michel Martin, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: Appl. Surf. Sci. 巻: 254 ページ: 7976-7979
  • DOI: DOI:10.1016/j.apsusc.2008.04.057
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a New Molecular Dynamics Method for Tribochemical Reaction and Its Application to Formation Dynamics of MoS2 Tribofilm (2008)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Morita, Tasuku Onodera, Ai Suzuki, Riadh Sahnoun, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, Carlos A. Del Carpio, Takatoshi Shin-yoshi, Noriaki Nishino, Atsushi Suzuki, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: Appl. Surf. Sci. 巻: 254 ページ: 7618-7621
  • DOI: DOI:10.1016/j.apsusc.2008.01.123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Surface Termination on Super-Low Friction of Diamond Film: A Theoretical Study (2008)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Morita, Toshiaki Shibata, Tasuku Onodera, Riadh Sahnoun, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, Carlos A. Del Carpio, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 47 ページ: 3032-3035
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.47.3032
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Theoretical Investigation on Dynamic Behavior of the Molybdenum Dithiocarbamate Molecule in the Engine Oil Phase (2008)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Onodera, Yusuke Morita, Ai Suzuki, Riadh Sahnoun, Michihisa Koyama, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Carlos A. Del Carpio, Momoji Kubo, Takatoshi Shin-yoshi, Noriaki Nishino, Atsushi Suzuki, and Akira Miyamoto
  • 雑誌名: Tribol. Online 巻: 3 ページ: 80-85
  • DOI: DOI:10.2474/trol.3.80
  • 査読あり
• [学会発表] 物性推算のなかの分子シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮本 明
  • 学会等名: 化学工学会
  • 発表場所: 東北大学(招待講演)
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] Quantum Chemical Molecular Dynamics Approach for Tribochemistry (2011)
  • 著者名/発表者名: 宮本 明
  • 学会等名: Tribochemistry Hagi
  • 発表場所: 山口(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-27
• [学会発表] 実践的コンピュータ化学から見た表面科学の魅力 (2010)
  • 著者名/発表者名: 宮本 明
  • 学会等名: 日本表面科学会
  • 発表場所: 東北大学(招待講演)
  • 年月日: 2010-03-10
• [学会発表] New Horizons in Tribology: The Computational Chemistry Paradigm (2009)
  • 著者名/発表者名: 宮本 明
  • 学会等名: World Tribology Congress
  • 発表場所: 京都(招待講演)
  • 年月日: 2009-09-09
• [学会発表] 産業革新のための実践的コンピュータ化学:現状と展望 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宮本 明
  • 学会等名: 化学工学会
  • 発表場所: 東北大学(招待講演)
  • 年月日: 2008-09-24
• [備考] マスメディアによる情報発信 2011年11月30日、放送大学科目「物質・材料工学と社会」の第14回、「材料評価とコンピュータ設計」に研究代表者がゲスト解説者として出演、収録された。2011年度に開設されて以降、毎年度放送されている。
• [備考] アウトリーチ活動 高校生を対象とした大規模な講義ライブ「夢ナビライブ」に参加した。2011年7月12日に大阪会場、2011年7月16日と2012年7月14日には東京ビッグサイトにて、研究代表者が本研究に関する成果を含む講義を行った。
• [備考] その他の行事 2008年8月29日、研究代表者の研究室が主催するコンビナトリアル計算化学講習会「量子分子動力学法の講義-応用範囲と適用限界」において、約30名の受講者に対し、本研究に関連する成果の一部を紹介した。本講習会は、方法論や応用例の紹介のみならず、実際にコンピュータを用いた講習会も兼ねたものとなっており、好評であった。
• [備考] 研究代表者の研究室ホームページにて学会発表資料・リストを公開中で、一部動画も公開するなど、よりアピールしやすいような工夫もしている。
  • URL: http://www.aki.che.tohoku.ac.jp/gyouseki_top.htm
• [備考] パンフレットの配布 研究代表者及び分担者によって、数多くの国際シンポジウム、国際展示会、招待講演、他大学での講義にて、日英両言語の研究内容を紹介するパンフレットを配布し(累計頒布部数6000部以上)、研究成果をアピールしているほか、パンフレットは研究室ホームページでも公開している。
  • URL: http://www.aki.che.tohoku.ac.jp/whatiscomb.html
• [備考] ソフトウェアの市販化 研究代表者の研究室における研究成果の一部は、(株)菱化システムやペガサスソフト(株)などのソフト会社を通じ、市販ソフトウェアとして国内外の大学、企業などに提供されている。