ファセット形態制御に基づく次世代ナノ複合材料の飛躍的高強度化

基于小面形态控制显着提高下一代纳米复合材料的强度

• 批准号: 26870263
• 负责人: 木下 佑介
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-26870263/
• 关键词: 多層窒化ホウ素ナノチューブ; ファセット化条件; 分子動力学; ポテンシャル関数; 分散力補正第一原理計算

本研究は、ファセット形態を有する多層窒化ホウ素ナノチューブ（MWBNNT）を強化材としたナノ複合材料について、その高比強度の理論的検証と最適設計に向けた理論体系化を行うことを目的としている。そのためには、原子レベルからの詳細かつ高精度な検討が不可欠であり、その方法として分子動力学計算が最適である。本年度は、昨年度に構築したBN層状材料の高精度ポテンシャル関数を超並列計算が可能な汎用分子動力学シミュレータLAMMPSに組み込み、MWBNNTのファセット化条件の解明を行った。具体的には、分子動力学計算によるMWBNNTの安定構造解析を、チューブ直径と層数を変えて繰り返し、従来の場合とファセット化した場合のエネルギー比較から、安定的にファセット化する条件を検討した。その結果、以下のことが明らかとなった。（１）単層BNNT（SWBNNT）は円筒形を最安定構造とし、ファセット化しない。（２）多層構造であることがファセット化の必要条件であるが十分条件ではない。（３）MWBNNTは、角が形成されることによるエネルギーの損よりも、平坦部（すなわち六方晶BN、h-BN）が形成されることによるエネルギーの利得が大きい場合にファセット化する。（４）平坦部の形成は、層間に生じるファンデルワールス力と静電相互作用に起因する。（５）MWBNNTの層数が多いほど＆直径が大きいほどBNNTはファセット化しやすい。その理由は、角部よりもエネルギー的に安定な平坦部が全体に占める割合が、層数が増えるほど＆直径が大きくなるほど高くなるためである。

は, this study フ ァ セ ッ ト form を have す る multilayer smothering ホ ウ element ナ ノ チ ュ ー ブ (MWBNNT) を strengthen material と し た ナ ノ composites に つ い て, そ の specific strength theory of の 検 pass と に optimum design to the け た systematic theory line を う こ と を purpose と し て い る. そ の た め に は, atomic レ ベ ル か ら の detailed か つ high-precision な beg が 検 not owe で あ り, そ の way と し て molecular dynamics calculation が optimum で あ る. This year's annual に は, yesterday to construct し た BN layer material の high-precision ポ テ ン シ ャ ル masato number を super parallel computing が may な domestic molecular dynamics シ ミ ュ レ ー タ LAMMPS に group み 込 み, MWBNNT の フ ァ セ ッ ト mineralization conditions の interpret を line っ た. Specific に は, molecular dynamics calculation に よ る MWBNNT の stable tectonic analytical を, チ ュ ー ブ と layer を diameter variations え て Qiao り return し, 従 to の と フ ァ セ ッ ト change し た occasions の エ ネ ル ギ ー compare か ら, stable に フ ァ セ ッ ト change す る conditions を beg し 検 た. Youdaoplaceholder0 そ results, the following そ とが とが indicates ら となった となった. (1) The most stable structure of the 単 layer BNNT (SWBNNT) is the を cylindrical を structure, which is と と and ファセット and <s:1> な な. (2) The necessary conditions for the multi-layer structure である とがファセット とがファセット are であるが, and the extremely necessary conditions are で で な な な な. (3) MWBNNT が は, Angle さ れ る こ と に よ る エ ネ ル ギ ー の loss よ り も, flat (す な わ ち hexagonal BN, h - BN) が form さ れ る こ と に よ る エ ネ ル ギ ー の big gains が き い occasions に フ ァ セ ッ ト change す る. (4) The formation of と in the flat part and the に generation, じるファ, デ, <s:1>, ワ, <s:1>, ス, ス and electrostatic interaction に between layers are caused by する. (5) The MWBNNT has a large number of <s:1> layers, が ほ <s:1> &, が diameter, <s:1> ほ ほ, <s:1> BNNT ファセット, ファセット and やす やす. そ の reason は, corner よ り も エ ネ ル ギ ー に stability な flat department が accounted for the entire に め る が, cutting layer が raised え る ほ ど & large diameter が き く な る ほ ど high く な る た め で あ る.

项目成果

BN層状材料の原子シミュレーション手法に関する研究

BN层状材料原子模拟方法研究

• 发表时间: 2015
• 作者: Yusuke Kinoshita;Atsushi Matsubara;Nobutada Ohno;木下佑介，内山裕樹，大野信忠
• 通讯作者: 木下佑介，内山裕樹，大野信忠

Effects of faceting on torsional properties of boron nitride nanotubes

刻面对氮化硼纳米管扭转性能的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: Yusuke Kinoshita;Atsushi Matsubara;Nobutada Ohno
• 通讯作者: Nobutada Ohno

分子動力学法による窒化ホウ素ナノチューブの多角形構造に関する研究

分子动力学方法研究氮化硼纳米管的多边形结构

• 发表时间: 2016
• 作者: Aoki I;Nakano S and Mori I;長谷部健太，木下佑介，大野信忠
• 通讯作者: 長谷部健太，木下佑介，大野信忠

First-principles study of torsional resistance of faceted boron nitride nanotubes

多面氮化硼纳米管抗扭性能的第一性原理研究

• 发表时间: 2015
• 作者: Yusuke Kinoshita;Atsushi Matsubara;Nobutada Ohno
• 通讯作者: Nobutada Ohno

多層窒化ホウ素ナノチューブのねじり特性に及ぼすファセット化の影響

刻面对多壁氮化硼纳米管扭转性能的影响

• 发表时间: 2015
• 作者: Yusuke Kinoshita;Atsushi Matsubara;Nobutada Ohno;木下佑介，松原淳，大野信忠
• 通讯作者: 木下佑介，松原淳，大野信忠