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2014 年度 実績報告書

グラフェンナノ構造体の力学的特性の原子論的解明と制御

研究課題

研究課題/領域番号 24560089
研究機関電気通信大学

研究代表者

新谷 一人  電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (00162793)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワードグラフェン / ナノ材料 / 粒界 / 欠陥 / ヤング率 / き裂 / グラフェイン / 二カルコゲン化モリブデン
研究実績の概要

●傾斜角を有する2つの矩形グラフェンフレークの間に5員環と7員環から成るStone-Wales欠陥を配置してグラフェンの粒界モデルを作成した。粒界に垂直方向のグラフェンの両端に強制変位を与えて応力‐ひずみ曲線を求めヤング率を計算し、また、き裂発生応力を求めた。その結果、ひずみエネルギーはStone-Wales欠陥に集中し、き裂は7員環の頂点から発生すること、傾角が大きいほどき裂発生応力が大きいこと、粒界がないグラフェンに比べて粒界がある場合はき裂発生応力が15~35%小さくなること、粒界と引張方向の成す角度の増加とともにき裂発生応力は大きくなり、ある角度を超えると一定となることがわかった。

●炭素、シリコン、ゲルマニウムの単原子層の両面に水素が付加されたナノ材料であるグラフェイン、シリケイン、ジャーマネインの引張ひずみ下におけるバンドギャップを計算した。その結果、ひずみの増加とともにグラフェインのバンドギャップは増加するが、シリケインとジャーマネインのバンドギャップは減少しこの傾向はひずみ方向に依らないこと、ジャーマネインのバンドギャップは10%の一軸ひずみ下でゼロとなることがわかった。

●二硫化モリブデン、二セレン化モリブデン、二テルル化モリブデンはグラフェンと似た6角形格子構造から成る層状半導体物質である。この3種類の二カルコゲン化モリブデンのひずみ下におけるバンドギャップを計算した。その結果、二カルコゲン化モリブデンのバンドバンドギャップはそれぞれ有限のひずみの範囲で直接遷移型バンドギャップを有し、その範囲を超えるひずみでは間接型バンドギャップを有すること、バンドギャップの最大値は一軸ひずみの場合に最も大きくなること、二硫化モリブデンではひずみによって硫黄原子の周りの等電子密度面が特定の形状に変化し、その現象が直接遷移型から間接遷移型への変化に対応していることがわかった。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Thermal Properties of Pillared-Graphene Nanostructures2015

    • 著者名/発表者名
      M. Rifu and K. Shintani
    • 雑誌名

      Materials Research Society Symposium Proceedings

      巻: 1727 ページ: k15-30-1~6

    • DOI

      10.1557/opl.2015.69

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Structures and Electronic Properties of Graphene with Vacancy Defects2014

    • 著者名/発表者名
      J. Sugimoto and K. Shintani
    • 雑誌名

      Materials Research Society Symposium Proceedings

      巻: 1658 ページ: rr15-08-1~6

    • DOI

      10.1557/opl.2014.500

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electronic Properties of Hydrogenated Graphene-Like Materials Under Strains2014

    • 著者名/発表者名
      K. Mihara and K. Shintani
    • 雑誌名

      Materials Research Society Symposium Proceedings

      巻: 1658 ページ: rr15-09-1~6

    • DOI

      10.1557/opl.2014.501

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 遷移金属カルコゲナイドの電子的特性解析2015

    • 著者名/発表者名
      杉本 淳、新谷一人
    • 学会等名
      日本機械学会関東支部第21期総会・講演会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2015-03-20
  • [学会発表] ナノカーボン複合構造の熱的特性解析2015

    • 著者名/発表者名
      利府 学、新谷一人
    • 学会等名
      日本機械学会関東支部第21期総会・講演会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2015-03-20
  • [学会発表] カーボンナノチューブへのコロネン分子充填シミュレーション2015

    • 著者名/発表者名
      阪根 嘉成、新谷一人
    • 学会等名
      日本機械学会関東支部第21期総会・講演会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2015-03-20
  • [学会発表] ピラードグラフェンナノ構造体の熱的特性解析2014

    • 著者名/発表者名
      利府 学、新谷一人
    • 学会等名
      日本機械学会第27回計算力学講演会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2014-11-22
  • [学会発表] コロネン内包カーボンナノチューブの形成過程2014

    • 著者名/発表者名
      阪根 嘉成、新谷一人
    • 学会等名
      日本機械学会第27回計算力学講演会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2014-11-22
  • [学会発表] グラフェンの空孔欠陥の第一原理構造解析2014

    • 著者名/発表者名
      杉本 淳、新谷一人
    • 学会等名
      日本機械学会2014年度年次大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-09-08

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公開日: 2016-06-03  

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