ナノコンポジットの強化材/樹脂界面接合状態に関する電子論に基づく研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本申請研究では、カーボンナノチューブ(CNT)と樹脂からなる複合材料の機械的特性の発現機構の解明及び向上に向けて、微視的な理論計算手法を用いた解析を行っている。原子スケールで構築したCNTとエポキシ樹脂の界面モデルを用いて、第一原理計算のもとで系の電子状態を調べている。CNTはほかの物質との反応性が著しく低いため、複合化において樹脂との接着性が低いことから、機械的強度を高めることが困難となっている。これに対し、CNTとエポキシの界面接合において、科学的活性の高い点欠陥が重要な役割を果たすと考えてこれに注目している。欠陥のない完全なCNTでは樹脂との結合性が低いのに対し、点欠陥を有するCNTでは、欠陥近傍にエポキシ樹脂が強く結合することが明らかとなった。点欠陥が存在するCNTの強度は、完全なCNTに比べて低下するものの、エポキシ樹脂との化学結合を生じることにより強度が回復することが明らかとなった。すなわち、欠陥をうまく活用することにより、CNT本来の強度を保ちつつ界面接着性を向上させることができる可能性が示唆された。ここで点欠陥とは、CNTの炭素１原子が除去された状態を指し、化学結合に関与していた電子が一部不在となるために、対をなさない余剰電子が存在する状態となる。これに対し、エポキシ樹脂との結合により、系の価電子が過不足なく結合に与ることが強度の回復に寄与していると考えられる。この結果についてはInternational Symposium on Space Technology and Science(ISTS2023)にて報告予定である（accept済み）。