局所的量子分子動力学法による単層ナノチューブ生成機構の解明

利用局域量子分子动力学方法阐明单壁纳米管形成机制

• 批准号: 10875047
• 负责人: 丸山 茂夫
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10875047/
• 关键词: 単層炭素ナノチューブ; 分子動力学法; 生成機構; 量子効果

高温オーブン・レーザー蒸発フラーレン生成装置やアーク放電フラーレン生成装置において,炭素ナノチューブが生成することが分かっているが,通常生成されるナノチューブは,チューブが何重にも入れ子状になった多層チューブであり,単層のナノチューブの生成には炭素材料にNiやCoなどの金属を添加することが必要である.本年度試作した高温オーブン・レーザー蒸発装置においてもNiとCoを添加した炭素材料を用いて,単層ナノチューブが生成されることを確認している.本研究では金属原子あるいは金属クラスターと干渉しながら単層炭素ナノチューブが生成する過程を分子シミュレーションによって予測することが最終目標であったが,特に,ナノチューブ生成の初期過程において,金属原子と炭素クラスターが相互作用する部分に注目した.ここで,金属原子としてNiに着目したが,同様の実験条件でScやLaを炭素材料に添加すると金属原子を内包したフラーレンが生成されることから,比較のためにScとLaについても計算を行った.最初に,金属原子 (Ni,Sc,La) と炭素原子との原子間ポテンシャルを密度汎関数法(B3LYP) を用いた量子計算の結果に基づいて構築した.炭素原子と金属原子との相互作用は炭素―炭素間の共有結合を表現するTersoff型のポテンシャルをベースとし,炭素クラスターと金属原子間の電荷移動を量子計算により見積もり,これに基づくクーロン力を加えて表現した.このポテンシャルを用いた古典分子動力学法シミュレーションの結果,LaやScの場合はフラーレンに内包されたが,Ni原子は,フラーレン構造に近いクラスターの大きな環状の穴部分に付着して,あたかも閉じたフラーレン構造の形成を阻止するかのように働くことが分かった.このように,フラーレンケージ形成をNi原子が妨害することが単層ナノチューブ生成につながると考えられる.

High temperature オ ー ブ ン · レ ー ザ ー steamed 発 フ ラ ー レ ン generating device や ア ー ク discharge フ ラ ー レ ン generating device に お い て, carbon ナ ノ チ ュ ー ブ が generated す る こ と が points か っ て い る が, usually generate さ れ る ナ ノ チ ュ ー ブ は, チ ュ ー ブ が how heavy に も into れ child shape に な っ た multilayer チ ュ ー ブ で あ り, 単 layer の ナ ノ チ ュ ー ブ の is generated Youdaoplaceholder0 に carbon material にNiやCoな <s:1> <s:1> metal を addition する する とが とが necessary である. This year attempt し た high-temperature オ ー ブ ン · レ ー ザ ー steamed 発 device に お い て も Ni と Co を add し た carbon material を with い て, 単 layer ナ ノ チ ュ ー ブ が generated さ れ る こ と を confirm し て い る. This study で は metal atoms あ る い は metal ク ラ ス タ ー と dry involved し な が ら 単 layer carbon ナ ノ チ ュ ー ブ が generated す る process を molecular シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ っ て in measuring す る こ と が ultimate goal で あ っ た が, に, ナ ノ チ ュ ー ブ generated の early process に お い て, metal atoms と carbon ク ラ ス タ ー が interaction す る part に note Mesh し た. こ こ で, metal atoms と し て Ni に with mesh し た が, with others in の be 験 conditions で Sc や La を carbon material に add す る と metal atoms を insourcing し た フ ラ ー レ ン が generated さ れ る こ と か ら, compare の た め に Sc と La に つ い て も count を っ た. Initial に, metal atoms (Ni, Sc, La) と carbon atoms と の interatomic ポ テ ン シ ャ ル を density masato method (B3LYP) を い た quantum computing の results に づ い て build し た. Interaction between carbon atoms と metal atoms と の は の mutual combination between carbon - carbon を performance す る Tersoff type の ポ テ ン シ ャ ル を ベ ー ス と し, carbon ク ラ ス タ ー と の charge between metal atoms move を quantum computing に よ り see product も り, こ れ に base づ く ク ー ロ ン を え / て performance し た. こ の ポ テ ン シ ャ ル を with い た classical points Son dynamic research method シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の results, La や Sc の occasions は フ ラ ー レ ン に insourcing さ れ た が, Ni atoms は, フ ラ ー レ ン tectonic に nearly い ク ラ ス タ ー の big き な annular の hole part に pay the し て, あ た か も closed じ た フ ラ ー レ の ン structure form を stop す る か の よ う に 働 く こ と が points か っ た. こ の よ う に, フ ラ ー レ ン ケ ー ジ form を Ni atoms が sabotage す る こ と が 単 layer ナ ノ チ ュ ー ブ generated に つ な が る と exam え ら れ る.

项目成果

Y.Yamaguchi: "A Molecular Dyanamics Study on the Formation of Metallofullerene"The European Physical Journal D. 9・1-4. 385-388 (1999)

Y. Yamaguchi：“金属富勒烯形成的分子动力学研究”欧洲物理杂志 D. 9・1-4（1999）。

丸山茂夫: "炭素クラスター合成過程の分子シミュレーション"プラズマ・核融合学会誌. 75-8. 921-926 (1999)

Shigeo Maruyama：“碳簇合成过程的分子模拟”日本等离子体和核聚变学会杂志 75-8（1999）。

山口康隆: "分子動力学法による金属内包フラーレン生成過程の検討" 第36回日本伝熱シンポジウム. (1999)

Yasutaka Yamaguchi：“用分子动力学方法研究内嵌金属富勒烯的形成过程”第36届日本传热研讨会（1999）。

S.Maruyama: "Formation Process of Empty and Metal-Containing Fullerene-Molecular Dyamics and FT-ICR Studies"Fullerene Science and Technology. 7・4. 621-639 (1999)

S. Maruyama：“空和含金属富勒烯的形成过程-分子动力学和 FT-ICR 研究”富勒烯科学与技术 7・4（1999）。

山口康隆: "金属内包フラーレン生成の分子動力学シミュレーション"日本機械学会論文集(B編). 65-630. 431-436 (1999)

Yasutaka Yamaguchi：“内嵌金属富勒烯形成的分子动力学模拟”日本机械工程师学会汇刊（编辑 B）431-436（1999 年）。