Fundamental characterization of Carbon Nano Flexible Shafts by the molecular dynamics method

分子动力学方法对碳纳米软轴的基本表征

• 批准号: 22K03824
• 负责人: 西村 正臣
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03824/
• 关键词: 分子動力学; カーボンナノチューブ; 回転伝達軸; 座屈; ナノ構造

本研究では，カーボンナノチューブ(CNT)をナノ空間における柔軟な回転伝達軸を想定したカーボンナノフレキシブルシャフト（CNFS）という新しいナノ構造部材として応用する前段階として，分子動力学法による原子シミュレーションを実施する．具体的には，分子動力学法を用いて，CNTの内層を曲げた状態で両端を固定することにより軸受けとしての役割を担わせるとともに，外層部分に回転を伝達させるようなシミュレーションを実施することで，CNFSを想定した動的なシミュレーションにより回転伝達に関する基礎的特性を評価する．令和４年度は，直線形状の多層CNTを対象として，１つの層のみに回転を与える分子動力学シミュレーションを実施して回転変形挙動について評価した．その結果，CNTの一端に回転を与えた場合には回転時にわずかな振動が生じること，回転速度が大きいと温度が上昇してしまうこと，回転による他の層への影響は少ないことなどを明らかにした．また，CNTの曲げ変形時において発生する円筒形状が崩れるような局部座屈について検討するため．多層CNTの両端の軸をずらすような条件で曲げ変形が生じるような分子動力学シミュレーションプログラムを実装した．実装した分子動力学シミュレーションを用いて，CNTの層数や長さなどの原子構造の異なる多層CNTを対象として変形挙動に違いについて検討することで，CNTの曲げ状態での構造安定性に関する知見を深めた．

在这项研究中，使用分子动力学的原子模拟是作为预先应用的步骤，用于将碳纳米管（CNT）应用于一种称为碳纳米型轴（CNFS）的新纳米结构构件，该纳米结构轴（CNFS）假设在NananoSpace中假定柔性旋转轴。具体而言，使用分子动力学，CNT的两端都用弯曲的内层固定，使其可以作为轴承发挥作用，并通过执行将旋转传输到外层的模拟，通过基于CNF的动态模拟来评估旋转传输的基本特征。在2022年，进行了分子动力学模拟，以提供线性多层CNT的旋转变形行为，该行为只能旋转到仅一层。结果，据透露，当CNT的一端旋转时，旋转过程中发生轻微的振动，高旋转速度会增加温度，并且旋转不会影响其他层。此外，我们将研究局部屈曲，这会导致CNT弯曲并变形时圆柱形状塌陷。实施了一个分子动力学模拟程序，其中弯曲变形在条件下发生，以使多层CNT两端的轴移动。使用实现的分子动力学模拟，我们研究了具有不同原子结构（例如CNT的数量和长度）的多层CNT的变形行为差异，并加深了我们对CNT弯曲状态结构稳定性的了解。