分子動力学シミュレーションを用いた疎水相互作用による泡生成の研究

• Project/Area Number: 17740261
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Mathematical physics/Fundamental condensed matter physics
• Research Institution: University of Fukui (2007); The Institute of Physical and Chemical Research (2005-2006)
• Principal Investigator: 古石 貴裕 University of Fukui, 工学研究科, 准教授 (20373300)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2007: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2006: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2005: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 水 / 表面 / 疎水相互作用 / 自由エネルギー障壁 / 疎水性相互作用 / 接触核 / 誘電関数 / 遮蔽ポテンシャル / ナノバブル / 分子動力学シミュレーション

Research Abstract

疎水性の粒子から構成される表面にナノスケールの構造を作成し、そこに水滴を配置したシミュレーションを行い、平滑な表面の場合との違いについて調べた。その結果、表面に一定間隔で柱を配置した場合、柱の高さがある程度高くなると、水滴の平衡位置は柱の上部と下部の二カ所になることがわかった。この二カ所の平衡位置の間には、自由エネルギー障壁が存在すると考えられるため、その障壁の大きさを見積もるシミュレーションを行った。柱の高さが水滴より大きい場合は、水滴が柱の上部に上昇する条件でのシミュレーションを100回程度行うことで、そのとき水滴に作用する力を平均化し、その値を積分から自由エネルギー障壁の高さを求めた。また柱の高さが短い場合には、水滴を表面に衝突させるシミュレーションを100回程度行って、自由エネルギー障壁の高さを調べた。水滴を衝突させる速度を適当に選ぶことである確率で柱の上部と下部で平衡化させることができる。ボルツマンの式を利用して、その確率から自由エネルギー障壁の高さの値を求めた。その結果、柱高さが高い場合の自由エネルギー障壁の高さは、温度に換算して300K程度であり、柱が低い場合には20K程度であることがわかった。

Research Products

• [Journal Article] A theory of transport properties in molten salts (2005)
  • Author(s): T.Koishi, S.Tamaki
  • Journal Title: J.Chem. Phys 123 Pages: 194501-194501
• [Journal Article] Large-scale molecular-dynamics simulation of nanoscale hydrophobic interaction and nanobubble formation (2005)
  • Author(s): T.Koishi, K.Yasuoka, S.Yoo, X.C.Zeng, T.Ebisuzaki
  • Journal Title: J.Chem. Phys 123 Pages: 204707-204707
• [Journal Article] Dielectric screening properties in molten salts
  • Author(s): T.Koishi, M.Saito, S.Matsunaga, S.Tamaki
  • Journal Title: Phys. Chem. Liq. (in press)
• [Presentation] 凹凸のある固体表面上での水滴の分子動力学シミュレーション (2008)
  • Author(s): 古石貴裕, 泰岡顕治, X. C. Zeng, 戎崎俊一, 藤川茂紀
  • Organizer: 日本物理学会 第63回年次大会
  • Place of Presentation: 近畿大学
• [Presentation] ナノ構造を持つ表面上での水滴の分子動力学シミュレーション (2007)
  • Author(s): 古石貴裕, 泰岡顕治, X. C. Zeng, 戎崎俊一, 藤川茂紀
  • Organizer: 日本物理学会 第62回年次大会
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] ナノ構造を持つ固体表面上での水滴の分子動力学シミュレーション (2007)
  • Author(s): 古石貴裕, 泰岡顕治, X. C. Zeng, 戎崎俊一, 藤川茂紀
  • Organizer: 第21回分子シミュレーション討論会
  • Place of Presentation: 金沢歌劇座