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カーボンナノチューブ生成過程の分子動力学法シミュレーション

碳纳米管形成过程的分子动力学模拟

基本信息

批准号：
03J11043
负责人：
澁田靖
金额：
$ 1.15万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J11043/
关键词：
Moleculer Dynamics Method Single-walled Carbon Nanotube Nucleation Transition Metals Catalytic CVD Method Molecular Dynamics Method Single-Walled Carbon Nanotubes Density Functional Theory

项目摘要

単層カーボンナノチューブ(SWNTs)の合成手法は,触媒CVD法の開発等により,その低コスト大量合成が現実味を帯びてきた.しかし現在の段階では,直径やカイラリティ(巻き方)の制御には至っておらず,これらの実現のためにはSWNTの生成メカニズムの解明が必至である.本研究では長時間,大規模な計算が可能な,古典分子動力学法によって,SWNTの生成過程を直接分子シミュレートし,その生成初期機構について考察した.まず,浮遊した(気相中の)触媒金属クラスターからのナノチューブ生成初期過程を分子動力学法シミュレーションにより再現し,その生成機構を検討した.この結果より,炭素過飽和になった金属クラスターからグラファイトが析出し,キャップ構造を形成するというモデルを提案した.一方,近年アルコールを原料とした触媒CVD法により,触媒金属を担持した基板から高純度の垂直配向SWNTの生成が可能になった.しかし触媒を担持している基板がナノチューブ生成に与える影響に関しては未解明な部分が多い.よって本研究では,孤立炭素が基板に担持された遷移金属クラスターを核として凝縮し,ナノチューブ生成初期過程にみられるキャップ構造を形成する過程を再現し,その生成機構について考察した.壁面と金属原子とのポテンシャルが強くなるにつれて,壁と平行な方向に(111)結晶が並びやすくなり,それに沿うようにグラファイト構造が形成される.反対に壁面と金属とのポテンシャルが弱いと,クラスターは当初の構造を維持している.これにより,壁と平行なグラファイト構造はできにくく,飽和し析出した炭素はキャップ構造を形成する.この過程は気相と同様のプロセスを経ている.また,クラスターの濡れ性が大きいと,壁面と平行にグラファイトが形成されやすく,グラファイトの生成速度は速いがキャップ構造を形成しないという知見を得た.

Synthetic method of single-layer SWNTs (SWNTs), catalytic CVD method, etc., low-volume synthesis成がappear実丝を帯びてきた.しかしNow のstage stage では, diameter やカイラリティ(巻きsquare)のcontrol には to っておらず, The SWNT generated by the SWNT must be solved. This research requires long-term and large-scale calculations. Possible, classical molecular dynamics method, SWNT generation process, direct molecules, initial generation mechanism, etc.いてInspection of した.まず, floating した(気phase中の)catalyst metal クラスターからのナノチューブgeneration processをmolecular dynamics Learn how to reproduce it, how to produce it, how to produce it, how to produce it, how to produce it, how to produce the result, how to produce carbon, how to produce metal, how to produce carbon The スターからグラファイトが precipitation, the キャップstructure をformation するというモデルを proposal した. One side, in recent years アルコールThe raw material is the catalytic CVD method, the catalytic metal is supported and the substrate is the substrate, and the production of high-purity vertically aligned SWNTs is possible.った.しかしcatalyst をsupports しているsubstrate がナノチューブgeneration and えるeffect に off してはUnclear part が多い.よっThe purpose of this study is to use isolated carbon as a substrate to support the migration of metal and to condense the core into a condensation process.成にみられるキャップstructural formation する process をreproduction し, そのgenerating mechanism について investigation した. とmetal atoms とのポ on the wallテンシャルが强くなるにつれて, wall と parallel direction に (111) crystallization が and びやすくなり, それに along うようにグラファイトstructuralがformationされる.Reverse wall surfaceとのポテンシャルがweakいと,クラスターはoriginal structureをmaintainしている.これにより, wall と parallel なグラファイト structure はできにくく, saturated し precipitation したcarbon はキャップ structure を formationする.このprocessは気phaseと同様のプロセスを経ている.また,クラスターの濡れ性が大きいと, the wall is parallel にグラファイトが Formation されやすく, グラファイトのGeneration Speed はspeed いがキャップ Structure を Formation しないという知见をgetた.