2020 Fiscal Year Research-status Report
Overcoming weaknesses and elucidating tribological phenomena by a new trial of molecular dynamics analysis considering experimental results
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20K04235
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
清水 淳 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40292479)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
周 立波 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (90235705)
小貫 哲平 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (70400447)
尾嶌 裕隆 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (90375361)
山本 武幸 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 技術職員 (40396594)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 分子動力学 / 原子間ポテンシャル / 摩擦 / 接触試験 / 環境 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２０２０年度は、分子動力学シミュレーションにおいて使用する原子間ポテンシャルの調査と選定を実施し、同種金属原子間および金属原子とダイヤモンド（もしくは炭素系硬質材料）の炭素原子間に、Morseポテンシャル関数を選定し、各種文献値にあるパラメータをベースに用いる方策をとることにした。また、異種原子間のベースパラメータは不明のため、混合則から求めて利用することにした。ダイヤモンドおよびシリコンの原子間相互作用に既述にはTersoffポテンシャル関数を選定し、ベースとするパラメータは文献値を用いることにした。一方、実環境を考慮した場合の、スライダ－試料間のポテンシャル関数を開発にあたっては、ナノインデンテーション試験における押込み・除去時の凝着圧力を介した実験とシミュレーション間の比較を利用することにした。また、欠陥や酸化膜を模擬するにあたって、材料を強化ないし弱体化する手法としては、欠陥の状態の電子顕微鏡観察や硬さ試験の結果を用いることにした。
次いで、ナノインデンテーション試験装置上において、銅および亜鉛を試料に、単結晶ダイヤモンドを圧子に用い、大気中において押込み・除去試験を遂行し、酸化膜が破れた状態におけるダイヤモンドと試料間、および酸化膜が新たに形成された状態におけるダイヤモンドと金属酸化膜間の凝着圧力を求めた。
さらに、ナノインデンテーション試験と同様な材料の組合せによる分子動力学シミュレーションモデルを作成し、押込み・除去シミュレーションを実施した。得られた結果を前述の押込み・除去試験結果と対比し、酸化膜が破れた状態におけるダイヤモンドと試料間、および酸化膜が新たに形成された状態におけるダイヤモンドと金属酸化膜間のMorseポテンシャルパラメータを求めた。得られたパラメータを用い、簡単なすべり過程のシミュレーションを試み、摩擦係数や摩耗形態への影響を評価した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初期の計画に記載したとおりに、原子間ポテンシャルの開発手法を調査・決定し、実際に原子間ポテンシャル開発の一部を遂行し、その結果を用いて、すべり過程の分子動力学シミュレーションを実施し、開発したポテンシャルが実環境に沿った結果の出力に有用なことをある程度明らかにできたためである。
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| Strategy for Future Research Activity |
２０２１年度以降は、当初の計画に沿って、２０２０年度に開発したポテンシャルを用いたすべりシミュレーションを遂行し、さらにはシリコンにおけるシミュレーションに展開するなどし、本提案手法の有用性を明らかにしていく。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスによる自粛のため（１）学会が中止されて旅費が使用されなかった。（２）一部実験やシミュレーションの補助も延期され大学院生への謝金の支払いとそれに付随する消耗品の購入を２０２１年度に繰り越すことになった。
それらに対する早期の対応を、検討・実施する予定である。
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