東北大学研究者紹介

研究者詳細

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チン　アカネ

陳　茜

Qian Chen

所属

高等研究機構材料科学高等研究所　材料物理グループ

職名

特任助教（研究）

学位

博士（工学）（東北大学）
修士（工学）（東北大学）

researchmap

https://researchmap.jp/akanechen

J-GLOBAL ID

202201007951804458

ORCID

https://orcid.org/0000-0002-1726-3988

経歴 5

2023年1月～継続中

東北大学　材料科学高等研究所　特任助教
2024年3月～ 2024年6月

Institute for Pure and Applied Mathematics, University of California, Los Angeles
2021年10月～ 2022年12月

東北大学　未来科学技術共同研究センター　助教
2021年10月～ 2022年12月

東北大学　金属材料研究所　助教（兼任）
2019年4月～ 2021年9月

日本学術振興会特別研究員

学歴 4

東北大学　工学研究科　知能デバイス材料学専攻

2018年10月～ 2021年9月
東北大学　工学研究科　知能デバイス材料学専攻

2016年10月～ 2018年9月
北京科技大学　外国語学院　日本語文学（ダブルディグリープログラム）

2012年9月～ 2015年6月
北京科技大学　材料科学与工程学院　無機非金属材料学

2011年9月～ 2015年6月

所属学協会 3

日本顕微鏡学会
日本セラミックス協会
日本金属学会

研究分野 2

ナノテク・材料 / 無機材料、物性 / 計算科学
ナノテク・材料 / 金属材料物性 / 計算科学

論文 15

Reactive Molecular Dynamics Simulation Study on Atomic-Scale Adhesive Wear Mechanisms of Single Crystalline Body-Centered Cubic Iron 査読有り

Yusuke Ootani, Masaki Tsuchiko, Masayuki Kawaura, Mizuho Yokoi, Qian Chen, Yuta Asano, Nobuki Ozawa, Momoji Kubo

Tribology Letters　72　(2)　2024年3月1日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1007/s11249-024-01834-8 　

ISSN：1023-8883

eISSN：1573-2711

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Abstract The adhesive wear of steel is a crucial issue in many industrial fields because it can lead to serious machine failure. However, the adhesive wear mechanism is still under debate owing to its complexity. Therefore, in this work, we performed reactive molecular dynamics-based sliding simulations of single crystalline body-centered cubic iron and investigated the fundamental atomic-scale adhesive wear mechanism for improving the wear resistance of steel. The effects of surface orientation, sliding direction, and humid atmosphere on the adhesive wear property were analyzed. In the sliding simulation, we observed two adhesive wear types. One is the wear accompanying surface deformation, in which the surface asperities gradually deform by slip and adhere severely. The other is the wear accompanying surface fracture with crack generation. The former can lead to seizures, whereas the latter can lead to wear debris formation. We propose that the rubbing surface orientation and sliding direction alter the atomic-scale adhesive wear type. Wear with surface deformation occurred when the deformation by slip was favorable, whereas wear with surface fracture occurred when slip was not favorable. Understanding the adhesive wear mechanism of iron in humid atmospheres is also important in many industrial fields. When water molecules were present at the sliding interface, both types of adhesive wear were suppressed. At the sliding interface, Fe–OH and Fe–O–Fe groups were formed on the scars through the tribochemical reaction with water. These groups passivated the nascent Fe surfaces and suppressed adhesion to the counter surface, thereby reducing adhesive wear. Therefore, we conclude that the surface orientation and sliding direction determine the atomic-scale adhesive wear type, whereas a humid atmosphere affects the wear amount at the atomic scale.
Chemical-Reaction-Induced deformation of Body-Centered cubic iron in supercritical water leading to high risk of cleavage Fracture: A reactive Molecular dynamics study

Qian Chen, Jingxiang Xu, Yixin Su, Shuichi Uehara, Shandan Bai, Yang Wang, Yusuke Ootani, Nobuki Ozawa, Momoji Kubo

Computational Materials Science　208　111354-111354　2022年6月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.commatsci.2022.111354 　

ISSN：0927-0256
Potential of low-resistivity Cu2Mg for highly scaled interconnects and its challenges 査読有り

Chen, L., Chen, Q., Ando, D., Sutou, Y., Kubo, M., Koike, J.

Applied Surface Science　537　148035-148035　2021年
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.apsusc.2020.148035 　

ISSN：0169-4332
Heterogeneous yielding mechanisms of body centered cubic iron for high resistance to chemical reaction-induced deterioration in supercritical water environments: A reactive molecular dynamics study 査読有り

Chen, Q., Zhang, J., Liu, Z., Wang, Y., Ootani, Y., Xu, J., Ozawa, N., Kubo, M.

Scripta Materialia　202　2021年

DOI： 10.1016/j.scriptamat.2021.113997 　

ISSN：1359-6462
Environment-dependent tribochemical reaction and wear mechanisms of Diamond-like carbon: A reactive molecular dynamics study 査読有り

Jing Zhang, Yang Wang, Qian Chen, Yixin Su, Shandan Bai, Yusuke Ootani, Nobuki Ozawa, Koshi Adachi, Momoji Kubo

Carbon　231　119713-119713　2025年1月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.carbon.2024.119713 　

ISSN：0008-6223
Coarse-grained molecular dynamics simulation of the effect of cross-linking on the wear mechanism of polymer brush 査読有り

Zhongmin Liu, Yusuke Ootani, Shuichi Uehara, Jing Zhang, Qian Chen, Yang Wang, Nobuki Ozawa, Momoji Kubo

Chemistry Letters　53　(3)　2024年3月1日
出版者・発行元： Oxford University Press (OUP)
DOI： 10.1093/chemle/upae035 　

ISSN：0366-7022

eISSN：1348-0715

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Abstract The effects of a cross-linking layer on the wear resistance of polymer brush were investigated by using molecular dynamics-based sliding simulations. We found that a cross-linking layer improved wear resistance. The cross-linking layer suppressed the interpenetration of polymer chains on the counter surface and thus lowered the frictional force and wear. The degrees of interpenetration decreased as the cross-linking layer closed to the tip of the chain. A cross-linking layer in the tip of the polymer chains was thus found to improve wear resistance most effectively.
NbTe4 Phase-Change Material: Breaking the Phase-Change Temperature Balance in 2D van der Waals Transition-metal Binary Chalcogenide 査読有り

Yi Shuang, Qian Chen, Mihyeon Kim, Yinli Wang, Yuta Saito, Shogo Hatayama, Paul Fons, Daisuke Ando, Momoji Kubo, Yuji Sutou

Advanced Materials　2023年6月

DOI： 10.1002/adma.202303646 　
Effect of Water and Oxygen at Sliding Interface on Friction and Wear of Diamond-like Carbon/Steel: Reactive Molecular Dynamics Simulations 査読有り

Mizuho YOKOI, Masayuki KAWAURA, Yuta ASANO, Qian CHEN, Yusuke OOTANI, Nobuki OZAWA, Momoji KUBO

Journal of Computer Chemistry, Japan -International Edition　8　n/a-n/a　2022年
出版者・発行元： Society of Computer Chemistry Japan
DOI： 10.2477/jccjie.2022-0009 　

eISSN：2189-048X
Effect of Pore Size of Carbon Support on Electrode Reaction Activity of Catalyst Layer in Polymer Electrolyte Fuel Cell: Reactive Molecular Dynamics Simulations 査読有り

Tetsuya NAKAMURA, Riku OTSUKI, Shuichi UEHARA, Yuta ASANO, Qian CHEN, Yusuke OOTANI, Nobuki OZAWA, Momoji KUBO

Journal of Computer Chemistry, Japan　20　(4)　150-154　2021年
出版者・発行元： Society of Computer Chemistry Japan
DOI： 10.2477/jccj.2022-0008 　

ISSN：1347-1767

eISSN：1347-3824
Reactive Molecular Dynamics Simulations of Wear and Tribochemical Reactions of Diamond like Carbon Interfaces with Nanoscale Asperities under H<inf>2</inf>Gas: Implications for Solid Lubricant Coatings 査読有り

Wang, Y., Su, Y., Zhang, J., Chen, Q., Xu, J., Bai, S., Ootani, Y., Ozawa, N., De Barros Bouchet, M.-I., Martin, J.M., Adachi, K., Kubo, M.

ACS Applied Nano Materials　3　(7)　2020年

DOI： 10.1021/acsanm.0c01775 　

ISSN：2574-0970
A Molecular Dynamics Study on Alumina/Carbon Nanotube Composite: How Does Annealing Affect Mechanical Properties? 査読有り

Yixin SU, Jing ZHANG, Qian CHEN, Yang WANG, Narumasa MIYAZAKI, Yusuke OOTANI, Nobuki OZAWA, Momoji KUBO

Journal of Computer Chemistry, Japan　18　(5)　259-262　2019年
出版者・発行元：
DOI： 10.2477/jccj.2020-0001 　

ISSN：1347-1767

eISSN：1347-3824
Graphitization Dynamics of DLC under Water Lubrication Revealed by Molecular Dynamics Simulation 査読有り

Jing ZHANG, Yang WANG, Qian CHEN, Yixin SU, Jingxiang XU, Yusuke OOTANI, Nobuki OZAWA, Koshi ADACHI, Momoji KUBO

Journal of Computer Chemistry, Japan　18　(2)　103-104　2019年
出版者・発行元：
DOI： 10.2477/jccj.2019-0001 　

ISSN：1347-1767

eISSN：1347-3824
Triboemission of hydrocarbon molecules from diamond-like carbon friction interface induces atomic-scale wear 査読有り

Wang, Y., Yamada, N., Xu, J., Zhang, J., Chen, Q., Ootani, Y., Higuchi, Y., Ozawa, N., Bouchet, M.-I., Martin, J.M., Mori, S., Adachi, K., Kubo, M.

Science Advances　5　(11)　2019年

DOI： 10.1126/sciadv.aax9301 　

ISSN：2375-2548
Tribochemical reactions and graphitization of diamond-like carbon against alumina give volcano-type temperature dependence of friction coefficients: A tight-binding quantum chemical molecular dynamics simulation 査読有り

Wang, Y., Xu, J., Zhang, J., Chen, Q., Ootani, Y., Higuchi, Y., Ozawa, N., Martin, J.M., Adachi, K., Kubo, M.

Carbon　133　2018年

DOI： 10.1016/j.carbon.2018.03.034 　

ISSN：0008-6223
Parameterization of Reactive Force Field for Iron–Water System 査読有り

CHEN Qian, XU Jingxiang, OOTANI Yusuke, OZAWA Nobuki, KUBO Momoji

Journal of Computer Chemistry, Japan　16　(4)　110-111　2017年10月
出版者・発行元：日本コンピュータ化学会
DOI： 10.2477/jccj.2017-0041 　

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<p>Reactive force field parameters are re-optimized for simulating the stress corrosion cracking (SCC) of iron-based material in a supercritical water environment. The parameters for molecular dynamics (MD) simulation are determined by fitting the adsorption energies of H, OH, and H₂O on an Fe(110) surface obtained by reactive force field to the density functional theory (DFT) calculations. The errors of adsorption energies for the most stable positions are less than 5%, and our parameters are in good agreement with the DFT calculations. The development of Fe/O/H parameters is expected to contribute to SCC simulation of iron-based materials in supercritical water environments.</p>

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講演・口頭発表等 30

Atomic-Scale Dynamics of Defects in Crystals: Mechanisms and Applications 招待有り

Qian Chen

Seminar of new marine materials and related technologies, Shanghai Ocean University　2025年9月12日
Explore the Grain Boundary Structures for better Materials Designing 招待有り

Qian Chen, Ikuhara Group

WPI Academy Site Visit　2025年1月27日
Grain Boundary Structure and Magnetic Elements Doping Enhancing Electromagnetic Wave Absorption Performance of 3C-SiC

The 8th Symposium for the Core Research Clusters for Materials Science and Spintronics and the 7th Symposium on International Joint Graduate Programs in Materials Science and Spintronics (CRCGP-MSSP2024)　2024年11月19日
Reactive Molecular Dynamics Study on Chemical-Reaction-Induced Deformation of Body-Centered Cubic Iron in Supercritical Water 招待有り

Q. Chen, Y. Ootani, N. Ozawa, M. Kubo

SMS 2022 & GIMRT User Meeting 2022 Conference　2022年3月
Reactive Molecular Dynamics Simulations on Fracture and Degradation of Steels 招待有り

Qian Chen, Narumasa Miyazaki, Yusuke Ootani, Nobuki Ozawa, Momoji Kubo

The 5th EMN Meeting on Computation and Theory　2019年11月
Failure Mechanisms of Steels under High Temperature Pressurized Water Environment - A Reactive Molecular Dynamics Study 招待有り

Qian Chen

東北大学ー西安交通大学共同研究ミーティング　2018年11月26日
Reactive Molecular Dynamics Simulation on Stress Corrosion Cracking of Steel under High Temperature Pressurized Water Environment 招待有り

Qian Chen, Narumasa Miyazaki, Yusuke Ootani, Nobuki Ozawa, Momoji Kubo

First Symposium on Multi-Scale and Multi-Physics Computational Materials Science　2018年10月
Structural Transition in Grain Boundary: The Effect of Impurities

Qian Chen, Mitsuhiro Saito, Kazuaki Kawahara, Kazutoshi Inoue, Atsutomo Nakamura, Yuichi Ikuhara

The 11th International Conference on Multiscale Materials Modeling
粒界原子構造と粒界エネルギーカスプの関係について

井上和俊, 川原一晃, 斎藤光浩, 陳茜, 小谷元子, 幾原雄一

日本金属学会2025年秋期(第177回)講演大会　2025年9月18日
Cr Segregation at Tilt Grain Boundaries in Ni-Cr Alloy

Jing Nong, Qian Chen, Kazutoshi Inoue, Jian Xu, Yuichi Ikuhara

日本金属学会2025年秋期(第177回)講演大会　2025年9月17日
Nd添加MgOΣ13粒界における原子構造と電子状態の解明

陳茜, 井上和俊, 斎藤光浩, 川原一晃, 中村篤智, 幾原雄一

日本金属学会2025年秋期(第177回)講演大会　2025年9月18日
Ca 偏析によるMgO粒界の構造変化の解明

陳茜, 井上和俊, 齋藤光浩, 川原一晃, 中村篤智, 幾原雄一

公益社団法人日本セラミックス協会2025年年会　2025年3月6日
The Effect of Impurities on the Structural Transitions in MgO Grain Boundaries

Qian Chen, Mitsuhiro Saito, Kazuaki Kawahara, Kazutoshi Inoue, Atsutomo Nakamura, Yuichi Ikuhara

PACRIM15 & CICC-13　2023年11月6日
MgO粒界の原子構造と添加元素偏析機構の解明

陳茜井上和俊, 齋藤光浩, 川原一晃, 中村篤智, 幾原雄一

日本金属学会2023秋期講演大会　2023年9月20日
反応力場分子動力学法に基づくCr/Zrの界面構造の解明

陳茜, 久保百司

日本金属学会2022春期講演大会　2022年3月16日
Dual-phase(bcc/fcc)鉄の分子動力学力場の開発

陳茜, 王楊, 大谷優介, 尾澤伸樹, 久保百司

日本金属学会2021年春期講演大会　2021年3月
降伏前駆現象における純鉄の相転移に関する分子動力学シミュレーション

陳茜, 王楊, 大谷優介, 尾澤伸樹, 久保百司

日本金属学会2020年秋期講演大会　2020年9月18日
ReaxFFポテンシャルを用いたグランドカノニカルモンテカルロシミュレーションによる鉄酸化物の原子構造モデリング

陳茜, 栁澤穂波, 宮崎成正, 大谷優介, 尾澤伸樹, 久保百司

日本金属学会2020年春期講演大会　2020年3月
Atomistic Oxide Structures and Stoichiometry of Chromium Steel by Grand Canonical Monte Carlo Simulations with ReaxFF Potential

Qian Chen, Chang Liu, Narumasa Miyazaki, Yusuke Ootani, Nobuki Ozawa, Momoji Kubo

TMS 2020 Meeting　2020年2月
反応場分子動力学法を用いた鉄鋼材料における水素溶解のダイナミクス及び破壊への影響の検討

陳茜, 栁澤穂波, 宮崎成正, 大谷優介, 尾澤伸樹, 久保百司

日本金属学会2019年春期講演大会　2019年9月
Reactive Molecular Dynamics Simulation on Hydrogen-induced Deterioration Mechanism of BCC Iron

Qian Chen, Narumasa Miyazaki, Yusuke Ootani, Nobuki Ozawa, Momoji Kubo

International Materials Research Congress 2019
計算科学に基づくフェライト鋼における水素溶解のダイナミクス及び破壊への影響の検討

陳茜, 栁澤穂波, 宮崎成正, 大谷優介, 尾澤伸樹, 久保百司

ナノ学会　2019年5月10日
Reactive Molecular Dynamics Simulation on Stress Corrosion Cracking of Steel in High Temperature Pressurized Water Environment

The 3rd Japan-Taiwan International Engineering Forum　2019年2月
Molecular Dynamics Simulation on Intergranular Cracking Mechanism of Iron Material in High Temperature Pressurized Water Environment

Qian Chen, Jingxiang Xu, Yusuke Ootani, Nobuki Ozawa, Momoji Kubo

The 9th Multiscale Materials Modeling (MMM) conference　2018年11月
計算科学に基づく高温・高圧水環境下における鉄鋼材料の粒界破壊メカニズムの検討

陳茜, 栁澤穂波, 宮崎成正, 大谷優介, 尾澤伸樹, 久保百司

精密工学会　2018年9月5日
分子動力学法を用いた高温・高圧水環境下における鉄材料の粒界破壊メカニズムの検討

陳茜, 許競翔, 大谷優介, 尾澤伸樹, 久保百司

日本コンピュータ化学会2018年春季年会　2018年6月7日
分子動力学法に基づく高温・高圧水環境下の粒界における亀裂進展プロセスの検討

陳茜, 許競翔, 大谷優介, 尾澤伸樹, 久保百司

日本金属学会2018年春期講演大会　2018年3月
Molecular Dynamics Simulation on Plastic Deformation Mechanism of Iron Material in Supercritical Aqueous Environment

Qian Chen, J. Xu, Y. Ootani, N. Ozawa, M. Kubo

Asian Consortium on Computational Materials Science-Virtual Organization　2017年12月
計算科学シミュレーションを用いた超臨界水環境における鉄材料の塑性変形メカニズムの検討

陳茜, 許競翔, 大谷優介, 尾澤伸樹, 久保百司

日本金属学会2017年秋期講演大会　2017年9月
分子動力学法に基づく鉄の粒内破壊メカニズムの解明

陳茜, 許競翔, 大谷優介, 樋口祐次, 尾澤伸樹, 久保百司

日本コンピュータ化学会2017年春季年会　2017年6月

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産業財産権 1

A preparation method of Ga-doped ZnO textured thermoelectric material

産業財産権の種類: 特許権

権利者: 张波萍, 张代兵, 张雨桥, 陈茜

共同研究・競争的資金等の研究課題 7

結晶粒界の一次元欠陥の構造制御による量子細線の精密設計と高密度化

陳茜

2025年4月～ 2027年3月
粒界コア構造制御による高密度量子細線デバイスの開発へ向けた理論基盤の構築

陳茜, 斎藤光浩, 井上和俊

2023年7月～ 2025年6月
Explore High-Performance Hydrogen Evolution Electrocatalysts Initialized by Data Mining

Hao Li, Akichika Kumatani, Qian Chen, Tianyi Wang, Songbo Ye

制度名：WPI-AIMR Fusion Research

2024年10月～ 2025年4月
Understanding the atomic-level mechanisms of ferrimagnetic Gd/Co interface intermixing for ultrafast opto-spintronics applications

Qian Chen, Luding Wang, Kazutoshi Inoue

制度名：2024 WPI-AIMR Fusion Research

2024年10月～ 2025年4月
ラーベス化合物の生成機構解明に向けた計算動力学と計算熱力学を連成した新技術の開発

2022年9月～ 2023年3月
High-resistive 2D-layered transition metal chalcogenide materials for ultra-low energy consumption PCRAM

Yi Shuang, Qian Chen, Daisuke Ando

制度名：2021 WPI-AIMR Fusion Research

2021年12月～ 2022年4月
化学反応を考慮した超大規模1億原子シミュレーションによる材料破壊の学理構築

陳茜

2019年4月～ 2021年9月

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橋梁、鉄道路線及び発電所などのインフラに多用される金属構造材料において、表面化学反応と応力との相乗効果によって材料の破壊が加速されることが問題となっているため、腐食環境下における金属材料の破壊機構を解明し、さらに高耐食性・高強度を有する革新的な材料の設計指針を構築することが強く求められている。そこで本研究では、超臨界水環境において鋼材の異方性に関わる自由表面の方位と結晶方位の変化が力学特性に与える影響を解明するため、反応力場分子動力学法を用いて、超臨界水環境において異なる表面と引張り方向における純鉄の破壊プロセスを検討した。その結果、(110)表面に関しては、<001>引張りモデルの降伏応力が最も低く、<110>引張りモデルの降伏応力・歪みが最も高いことを明らかにした。また、これら降伏現象の違いを解明するため、降伏する際の前駆現象を検討した。その結果、<001>の引張りでは、降伏前にbcc→fccの相転移が見られ、<110>の引っ張りでは、降伏前にbcc→hcp相転移が発生した。このように、異なる表面方位と結晶方位によって相転移パターンが変化し、降伏挙動に影響を与えるメカニズムを明らかにした。さらに、強度と延性のバランスに優れたTRIP(Transformation-induced plasticity)鋼材の性能を更に向上させるための変形・降伏のメカニズムを解明するために、bcc相とfcc相を同時に扱える分子動力学計算のための力場を開発した。開発した力場を用いて多結晶モデルの単軸引っ張りシミュレーションを行ったところ、TRIP効果によって20％以上の高い伸びが見られ、TRIP 鋼材の高い強度の発現機構の解明につながる結果を得た。

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担当経験のある科目(授業) 2

数学物理学演習II TA
コンピュータ演習 TA

社会貢献活動 3

片平まつり2025

2025年10月10日～ 2025年10月11日
片平まつり2023

2023年10月7日～ 2023年10月7日
片平まつりおよびきんけん一般公開 2017

2017年10月7日～ 2017年10月8日

学術貢献活動 3

Referee for Faculty Recruitment

2025年10月～ 2025年10月
論文査読
論文査読

学術貢献活動種別: 査読等