水素を含むナノカーボンの生成崩壊過程の分子動力学研究

含氢纳米碳形成和衰变过程的分子动力学研究

• 批准号: 08J03829
• 负责人: 伊藤 篤史
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science (2009)Aichi University of Education (2008)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J03829/
• 关键词: 分子動力学; 炭素; グラファイト; プラズマ-壁相互作用; ダイヤモンド; 化学スパッタリング; 堆積; CVD; プラズマー壁相互作用; 炭素ダスト; 星間分子; 層間相互作用

本研究の目的は,ナノスケールの炭素材料が水素原子を伴うことで引き起こす現象を理解することである.そのために炭素材料の破壊と形成の両方の観点から研究することで,炭素特有の動的過程を理解しようと試みた.この目的の為に,分子動力学法を用いたシミュレーションを用いて研究を遂行した.破壊過程の研究対象として、水素プラズマと炭素材料の「プラズマ-壁相互作用」を取り上げ、グラファイト(0001)面でのCH4の発生過程を解明した.これまではCH3残基が入射水素原子と反応してCH4として脱離すると考えられてきたが,今回のシミュレーションでは殆どのケースでCHとして脱離した分子が入射水素原子もしくは水素残基を吸収しながらCH2,CH3を経て最終的なCH4になることがわかった.また、CH4の生成率が表面温度600Kでピークを持つという表面温度依存性まで実験値を再現することができた.また,プラズマ壁相互作用の主な応用先である核融合炉材料を考え,本年度はダイヤモンドの表面損耗を取り扱い,これまでのグラファイトとの比較を行った.これによればダイヤモンドはグラフライトよりも非常に高い水素プラズマ耐久性を持つことがわかった.生成過程の研究対象として,グラファイトとダイヤモンド表面での炭素堆積における構造形成を扱った.グラフアイト表面への炭化水素堆積では,表面への炭素の堆積率(堆積速度)がソースである炭化水素分子の水素原子/炭素原子比(H/C)に対して指数関数的に減少することを発見した.また,ダイヤモンド表面での堆積では表面の水素被覆率と結晶方向の違いによって形成されるアモルファス炭素材の構造の違いを示した.

本研究的目的是了解纳米级碳材料与氢原子相伴时发生的现象。为此，我们将从碳材料的破坏和形成两个角度进行研究，并研究其独特的动力学。我们试图理解这个过程。为此，我们利用分子动力学方法进行了模拟研究。以氢等离子体和碳材料之间的“等离子体-壁相互作用”作为断裂过程的研究目标。我们研究了石墨（0001）面上CH4的生成过程。之前认为CH3残基与入射氢原子发生反应并解吸为CH4，但在本次模拟中，大多数情况下发现分子解吸为CH吸收入射的氢原子或氢残留物并穿过CH2和CH3成为最终的CH4。还发现在表面温度为60℃时CH4的产率下降。我们能够再现表面温度依赖性的实验值，该值在 0 K 处具有峰值。此外，考虑到聚变反应堆材料（等离子体壁相互作用的主要应用），今年我们将处理金刚石表面磨损与传统石墨进行比较，发现金刚石具有比石墨高得多的氢等离子体耐久性。本文研究了金刚石表面碳沉积的结构形成。在石墨表面碳氢沉积中，表面碳沉积速率（沉积速率）是氢原子/碳原子比（H /C）的来源。此外，在沉积在金刚石表面上的情况下，所形成的无定形碳材料的结构根据表面氢覆盖率和晶体取向而不同。

项目成果

ミクロなエネルギー流と応力テンソルを用いた分子動力学からの粗視化

使用微能流和应力张量从分子动力学进行粗粒度化

• 发表时间: 2008
• 作者: 三井裕樹*;野村尚史;井鷺裕司;戸部博;瀬戸口浩彰;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito;伊藤篤史;伊藤篤史
• 通讯作者: 伊藤篤史

空格子点を持つグラファイト上の水素原子スパッタリングの分子動力学シミュレーション

氢原子溅射空位石墨的分子动力学模拟

• 发表时间: 2008
• 作者: 三井裕樹*;野村尚史;井鷺裕司;戸部博;瀬戸口浩彰;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito;伊藤篤史;伊藤篤史;伊藤篤史;伊藤篤史
• 通讯作者: 伊藤篤史

Hydrogen atom injection into carbon surfaces by comparison between Monte-Carlo, molecular dynamics and ab-initio calculations

通过比较蒙特卡罗、分子动力学和从头计算计算氢原子注入碳表面

• 发表时间: 2009
• 作者: 三井裕樹*;野村尚史;井鷺裕司;戸部博;瀬戸口浩彰;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito
• 通讯作者: Atsushi Ito

Hydrogen isotope sputtering of graphite by molecular dynamics simulation

• DOI: 10.1016/j.tsf.2007.11.091
• 发表时间: 2008-08-01
• 期刊: THIN SOLID FILMS
• 影响因子: 2.1
• 作者: Ito, Atsushi;Nakamura, Hiroaki
• 通讯作者: Nakamura, Hiroaki

Temperature dependence of chemical erosion of graphene by hydrogen atombombardment

氢气轰击对石墨烯化学侵蚀的温度依赖性

• 发表时间: 2009
• 作者: 三井裕樹*;野村尚史;井鷺裕司;戸部博;瀬戸口浩彰;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito;Atsushi Ito
• 通讯作者: Atsushi Ito