統合化計算化学手法を用いた環境対応型エンジンオイル添加剤の分子設計

使用集成计算化学方法进行环保发动机油添加剂的分子设计

• 批准号: 08J06348
• 负责人: 小野寺 拓
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J06348/
• 关键词: トライボロジー; エンジンオイル添加剤; 統合化計算化学手法; 分子動力学法; ナノ炭素材料; フラーレン誘導体; 国際研究者交流; フランス; 実験融合計算化学手法; 振動スペクトル解析; 計算化学手法; 有限要素法; 量子化学

本研究は,環境負荷の大きなリン・硫黄ベースの現行オイル添加剤を代替する新規添加剤の分子設計を目的としている.今年度は,添加剤の候補物質「ナノ炭素材料」とその関連物質の摩擦性能を評価し,現行と同等の潤滑性能を実現し得る新規添加剤を提案した.1.ナノ炭素材料の摩擦実験共同研究先であるフランス・Ecole Centrale de Lyonにおいて研究代表者自らが摩擦実験を行った.C_<60>フラーレンはトライボ膜生成は認められたものの,非常に大きな摩擦が計測された.そこで,カーボン材料の潤滑には水酸基リッチな材料が有効であることをヒントに,C_<60>誘導体である水酸化フラーレン膜に対して同様の摩擦実験を行った.結果,トライボ膜生成はもちろんのこと現行添加剤に匹敵する良好な潤滑性能が得られた.2.分子動力学法による水酸化フラーレンの潤滑メカニズムの解明摩擦中の分子の挙動を明らかにするため,分子動力学法による摩擦シミュレーションを行った.その結果,C_<60>と同様に水酸化フラーレン分子が摩擦中に破壊され,水酸基を多量に含有するアモルファス炭素膜が接触面内に生じた.さらに詳細に検討したところ,元のC_<60>では湾曲した構造を理由に分子間結合が摩擦中に生成するのに対して,水酸基を導入した場合にはC_<60>表面のsp^2炭素がキャップされるため,分子間結合はほとんど生成されない.これにより,生じたアモルファス炭素内部に水酸基が対面したすべり面が創出され,元のC_<60>よりも摩擦が激減される.さらに,量子論により,当該物質の脱水反応における活性化エネルギーを計算したところ,実験的に摩擦中の脱水が確認されているグリセロールのそれよりも極めて小さいことがわかった.そこで,水酸基のいくつかが水として離脱した状態を模擬して,摩擦計算を行ったところ摩擦はさらに低減された.水分子が一種のころとしてはたらいたためだと考察された.

は this study, the environment load の big き な リ ン, sulfur ベ ー ス の current オ イ ル add tonic を instead of す る new rules add tonic の を molecular design purpose と し て い る. Our は, add の alternate material "ナ ノ carbon material" と そ の masato even material の を friction performance evaluation 価 し, current と equally の lubrication performance を be し must now る proposed new rules to add tonic を し た. 1. ナ ノ carbon material の friction be 験 joint research first で あ る フ ラ ン ス, Ecole Centrale DE Lyon に お い て research representatives from ら が friction be 験 を line っ た. C_ < > 60 フ ラ ー レ ン は ト ラ イ ボ film generated は recognize め ら れ た も の の, very big に き な friction が measuring さ れ た. そ こ で, カ ー ボ ン の lubrication に は water acid radical リ ッ チ な materials が unseen で あ る こ と を ヒ ン ト に, C_ < > 60 inductor で あ る water Acidification of the フラ レ レ に film に in the same way as the て <s:1> friction experiment を acts った. Generated as a result, ト ラ イ ボ membrane は も ち ろ ん の こ と current add tonic に match す る な good lubrication performance が must ら れ た. 2. Molecular dynamics method に よ る water acidification フ ラ ー レ ン の lubrication メ カ ニ ズ ム の の interpret the friction molecular の 挙 dynamic を Ming ら か に す る た め, molecular dynamics method に よ る friction シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line っ た. そ の results, C_ < > 60 と with others に water acidification フ ラ ー レ ン molecular が friction に broken 壊 さ れ, water acid radical を に contains abundant す る ア モ ル フ ァ ス carbon membrane が interface is born inside に じ た. さ ら に detailed に beg し 検 た と こ ろ, yuan の C_ < > 60 で は bay qu し た tectonic を reason に combining に が the friction between the molecules generated す る の に し seaborne て, water acid radical を import し た occasions に は C_ < > 60 surface の sp ^ 2 carbon が キ ャ ッ プ さ れ る た め, combination between molecular は ほ と ん ど generated さ れ な い. こ れ に よ り, raw じ た ア モ ル フ ァ ス carbon acid base が internal に water surface seaborne し た す べ り surface が hit さ れ, yuan の C_ < > 60 よ り も friction が shock reduction さ れ る. さ ら に, quantum theory に よ り, when the material の dehydration anti 応 に お け る activeness エ ネ ル ギ ー を computing し た と こ ろ, be 験 に friction in の dehydration が confirm さ れ て い る グ リ セ ロ ー ル の そ れ よ り も め extremely small て さ い こ と が わ か っ た. そ こ で, water acid radical の い く つ か が water と し て off from し た を simulate し て, line friction calculation を っ た と こ ろ friction は さ ら に low cut さ れ た. A water molecule が a が ろと ろと て て たら たら たためだと たためだと たためだと to examine された.

项目成果

Friction of C_60 and C_60(OH)_x : Experimental and Molecular Dynamics Investigations

C_60 和 C_60(OH)_x 的摩擦：实验和分子动力学研究

• 发表时间: 2010
• 作者: Tasuku Onodera;Ryo Nagumo;Ryuji Miura;Ai Suzuki;Hideyuki Tsuboi;Nozomu Hatakeyama;Akira Endou;Hiromitsu Takaba;Christine Matta;Michel Belin;Momoji Kubo;Jean-Michel Martin;Akira Miyamoto
• 通讯作者: Akira Miyamoto

表面化学分析および計算化学手法を用いたC_<60>フラーレン薄膜の摩擦メカニズムの解析

利用表面化学分析和计算化学方法分析C_<60>富勒烯薄膜的摩擦机理

• 发表时间: 2010
• 作者: 小野寺拓;Chauveau Vanessa;三浦隆治;鈴木愛;坪井秀行;畠山望;遠藤明;高羽洋充;久保百司;Martin Jean-Michel;宮本明
• 通讯作者: 宮本明

実験融合計算化学によるナノ炭素材料の潤メカニズムの解析

使用实验和计算化学分析纳米碳材料的水分机理

• 发表时间: 2009
• 作者: 小野寺拓;栗秋貴謹;森田祐輔;鈴木愛;古山通久;坪井秀行;畠山望;遠藤明;高羽洋充;Del Carpio Carlos;久保百司;宮本明
• 通讯作者: 宮本明

実験融合計算化学によるナノ炭素潤滑剤の摩擦特性と表面性状の解析

使用实验和计算化学分析纳米碳润滑剂的摩擦特性和表面特性

• 发表时间: 2010
• 作者: 小野寺拓;南雲亮;三浦隆治;鈴木愛;坪井秀行;畠山望;遠藤明;高羽洋充;久保百司;宮本明
• 通讯作者: 宮本明

分子シミュレーションを活用したSFGスペクトル予測手法の開発と界面分子構造解析への応用

利用分子模拟开发SFG光谱预测方法及其在界面分子结构分析中的应用

• 发表时间: 2010
• 作者: 小野寺拓;小原幸子;瀬戸川浩;三浦隆治;鈴木愛;坪井秀行;畠山望;遠藤明;高羽洋充;久保百司;坪内俊之;甲嶋宏明;宮本明
• 通讯作者: 宮本明