マルチスケールシミュレーション法の開発とカーボン系ナノ材料への適用

碳基纳米材料多尺度模拟方法及其应用发展

• 批准号: 19019011
• 负责人: 星野 公三
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19019011/
• 关键词: 分子動力学シミュレーション; 第一原理・古典ハイブリッド法; カーボンナノチューブ; グラフェン; 格子欠陥; ナノ構造化グラファイト

本年度は、以下のような研究を実施し、新しい知見を得た。(1) 新しいマルチスケールシミュレーション法の開発分子動力学法(MD)による原子モデルと有限要素法(FEM)で表された連続体モデルを接続する新しいMD/FEMハイブリッド手法を、Andersenにより提唱された圧力一定MDの方法を拡張することにより導き出した。弾性連続体と粒子系から成るハイブリッドモデルを導入し、弾性連続体の有限要素の自由度をハイブリッドモデルのラグランジュ関数に組み込んだ. このハイブリッド手法の有効性を確認するため, 本年度は、5-7-7-5欠陥を含むアームチェア型単層カーボンナノチューブの両端に引張り力を加えたときのカーボンナノチューブの破壊現象に、このMD/FEMハイブリッド手法を適用し、チューブが破断する前後の格子欠陥周辺の原子配置の時間変化を詳しく調べることができることを示した。(2) グラフェンにおける点欠陥周辺の構造緩和グラフェンから炭素原子を1個取り除いて点欠陥を作ると、点欠陥のまわりに3本のダングリングボンド(3DB)ができる。この構造はエネルギー的に不安定なので、2本のダングリングボンドが結合して、5角形と9角形を形成して、5-1DB欠陥へと構造緩和することが予想される。我々は、第一原理・古典ハイブリッドMD法を用いて、この構造緩和が温度上昇に伴ってどのように起こるかを調べた。

今年，我们进行了以下研究，并获得了新的发现。 （1）开发一种新的多尺度模拟方法，一种使用分子动力学（MD）连接原子模型的新型MD/FEM杂种方法，以及通过有限元方法（FEM）代表的连续模型，是通过扩展安德森提出的恒定压力MD方法来得出的。引入了由弹性连续体和粒子系统组成的杂种模型，并将弹性连续体有限元的自由度纳入了混合模型的拉格朗日函数中。为了确认这种杂化方法的有效性，今年我们将这种MD/FEM杂交技术应用于碳纳米管的断裂现象，当将拉伸力应用于扶手椅单座单壁碳纳米管的两端，并在5-7-7-5缺陷中均显示出了较密切的辩护。管断裂。 （2）当从石墨烯中去除一个碳原子并产生点缺陷时，石墨烯中点缺陷周围的结构放松，在点缺陷周围形成了三个悬挂键（3DB）。由于这种结构在能量上不稳定，因此可以预期，两个悬挂的键将结合在一起，形成五角形和NCagon，并在结构上放松到5-1db的缺陷。我们使用第一个原理/经典杂交MD方法研究了这种结构弛豫是如何随温度升高而发生的。

项目成果

第一原理分子動力学法によるナノ構造化グラファイト中の水素・炭化水素の結合状熊

使用第一原理分子动力学方法研究纳米结构石墨中的氢/烃键

• 发表时间: 2007
• 作者: H. Arimura;et.al.;坂本(原田)晶子
• 通讯作者: 坂本(原田)晶子

A methodology for coupling an atomic model with a continuum model using anextended Lagrange function

使用扩展拉格朗日函数将原子模型与连续模型耦合的方法

• 发表时间: 2007
• 期刊: J. Phys.: Condens. Matter 19
• 作者: Y. Kowaki;A. Yamane;G. Kim
• 通讯作者: G. Kim

A new molecular-dynamics/continuum hybrid method

一种新的分子动力学/连续介质混合方法

• 发表时间: 2008
• 作者: Y. Kowaki;A. Yamane;G. Kim;A. Harada;Y. Kowaki;Y. Senda;藤井俊行;K. Hoshino;小脇 悠;坂本(原田)晶子;Y.Senda
• 通讯作者: Y.Senda

グラフェンのエッジに結合した水素・炭化水素の第一原理分子動力学シミュレーション

结合到石墨烯边缘的氢和碳氢化合物的第一原理分子动力学模拟

• 发表时间: 2008
• 作者: HIRASAWA;Tatsuya;S. Tanaka;Y. Yatsu;谷津 陽一;Y. Yatsu;谷津 陽一;A. Harada;Akiko Harada;Akiko Harada;坂本(原田)晶子;坂本(原田)晶子;坂本(原田)晶子;坂本(原田)晶子;坂本(原田)晶子;坂本(原田)晶子;坂本(原田) 晶子
• 通讯作者: 坂本(原田) 晶子

格子欠陥を含むSWCNTの構造緩和のシミュレーション

含有晶格缺陷的单壁碳纳米管的结构弛豫模拟

• 发表时间: 2009
• 作者: Y. Kowaki;A. Yamane;G. Kim;A. Harada;Y. Kowaki;Y. Senda;藤井俊行
• 通讯作者: 藤井俊行