Texture and structure of hydrated and solvated clay minerals

• Project/Area Number: 19540501
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Petrology/Mineralogy/Science of ore deposit
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: KAWAMURA Katsuyuki Tokyo Institute of Technology, 大学院・理工学研究科, 教授 (00126038)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2008: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2007: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 粘土 / 粘土鉱物 / 粘土分子 / スメクタイト / 分子シミュレーション / 分子動力学法 / X線小角散乱 / 分子動力力学法 / 組織構造 / シミュレーション / X線回折 / 粗視化

Research Abstract

水和・溶媒和組織構造を観察する実験と、数値組織モデルを作成するためのコンピュータシミュレーションをおこなった。
研究室に既設のX線回折装置に付属の簡易小角散乱測定アタッチメントを用いて、X線小角散乱測定をおこなった。溶媒に不飽和系、飽和分散系それぞれに、試料容器を開発した。簡易小角ではX線がラインビームであるので、通常のポイントビームと異なり、さらなる補正手続きが必要で、そのコンピュータプログラムを開発した。解析は新たに開発した自作プログラムによりおこなった。X線小角散乱実験を実施し、解析手法を構築した。実験は、水に不飽和な系と水に分散系でおこなった。不飽和系では、相対湿度の上昇に伴って、構成粒子の次元から、楕円体から球状へ変化していることがわかった。分散系では円板状から、凝集しやすい系では楕円体となっていることがわかった。
組織構造のメソスケールシミュレーションは、専用のメソスケール粒子動力学法プログラムを開発した。原子100個程度を1個のメス粒子とし、粘土分子内、分子間の相互作用に従い、差分方程式を用いて多体系の運動方程式を解いた。粒子間の相互作用は分子シミュレーションで用いている原子間相互作用モデルから計算されるものと調和的なものを設定した。相互作用パラメータと計算条件により、多様な粘土組織構造が生成されることがわかった。
実験観察とメソスケールシミュレーションから有効な粘土組織モデルが導出・提案できることがわかった。

Research Products

• [Journal Article] (2009)Structure and dynamics of water on muscovite mica surfaces (2009)
  • Author(s): Hiroshi SAKUMA and Katsuyuki KAWAMURA, Geochimica et
  • Journal Title: Cosmochimica Acta 73 Pages: 4100-4110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] (2009)
  • Author(s): Morodome, Shoji and Katsuyuki Kawamura
  • Journal Title: Clays and Clay minerals Vol.57, No.2 Pages: 150-160
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] (2009)Transport phenomena in kaolinite clay : Molecular simulation, homogenization analysis and similitude law. International Jornal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics (2009)
  • Author(s): Jung Hae Choi, A.H.M. Faisal Anwar. Katsuyuki Kawamura, and Yasuaki Ichikawa
  • Journal Title: Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech 33 Pages: 687-707
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Swelling behavior of Na- and Ca-montmorillonite up to 150℃ by in situ X-ray diffraction experiments. (2009)
  • Author(s): Morodome, Kawamura
  • Journal Title: Clays and Clay Minerals (inpress)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] (2008)The viscosity of organic liquid suspensions of trimethldococylammonium montmorillonite complexes (2008)
  • Author(s): Makoto Minase, Mitsuji Kondo, Masanobu Onikata and Katsuyuki KAWAMURA
  • Journal Title: Clays and Clay Minerals Vol.56 No.1 Pages: 49-65
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] (2008)Estimating the corrosion of compacted bentonite by a concept model based on microbial growth dynamics (2008)
  • Author(s): Masashi NAKANO and Katsuyuki KAWAMURA
  • Journal Title: Applied Clay Science inpress
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] (2008)鉱物-水系の分子シミュレーション (2008)
  • Author(s): 河村雄行
  • Journal Title: 地球化学 42 Pages: 115-132
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] (2008)粘土の移動現象 : ナノ物性からマクロ挙動へ (2008)
  • Author(s): 市川康明・崔 定海・河村雄行・鈴木 覚
  • Journal Title: 粘土科学 第47巻第4号 Pages: 234-239
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The viscosity of organic liquid suspensions of trimethl- dococylammonium-montmorillonite complexes. (2008)
  • Author(s): Makoto Minase, Mitsuji Kondo, Masanobu Onikata, Katsuyuki KAWAMURA
  • Journal Title: Clays and Clay Minerals Vol. 56 Pages: 49-65
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimating the corrosion of compacted bentonite by a concept model based on microbial growth dynamics. (2008)
  • Author(s): Masashi NAKANO, Katsuyuki KAWAMURA
  • Journal Title: Applied Clay Science (Inpress)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 鉱物-水系の分子シミュレーション (2008)
  • Author(s): 河村雄行
  • Journal Title: 地球化学 42 Pages: 115-132
  • NAID: 110009442237
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 粘土の移動現象 : ナノ物性からマクロ挙動へ (2008)
  • Author(s): 市川泰明, 崔定海, 河村雄行, 鈴木覚
  • Journal Title: 粘土科学 47 Pages: 234-239
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] he viscosity of organic liquid suspensions of trimethldococylammonium-montmorillonite complexes (2008)
  • Author(s): Makoto Minase, Mitsuji Kondo, Masanobu Onikata and Katsuyuki KAWAMURA
  • Journal Title: Clays and Clay Minerals 56(1)(In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sputtering yield as a function of incident ion energy and angle in wurtzite-type GaN crystal (2008)
  • Author(s): Kenji HARAFUJI and Katsuyuki KAWAMURA
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 47(3)(In press)
  • NAID: 40015945435
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Disslocation behavior inKCl crystal under uniaxial compression: Molecular dynamics simulation. (2007)
  • Author(s): Takahiro KINOSHITA, Tutomu MASHIMO, and Katsuyuki KAWAMURA
  • Journal Title: Journal of Applied Physics 101 Pages: 935171-6
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 鉱物表面-水系の分子シミュレーション (2009)
  • Author(s): 河村雄行・佐久間博・諸留章二
  • Organizer: コンピュータ化学会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] 雲母表面における水和Li、Na、K、Csイオンの吸着構造とダイナミクス (2009)
  • Author(s): 佐久間博・河村雄行
  • Organizer: コンピュータ化学会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] 多様な粘土鉱物と水の相互作用-ナノからマクロへ (2008)
  • Author(s): 河村雄行
  • Organizer: 分子シミュレーション討論会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2008-11-18
• [Presentation] 多様な粘土鉱物と水の相互作用-ナノからマクロへ (2008)
  • Author(s): 河村 雄行
  • Organizer: 第22回分子シミュレーション討論会
  • Place of Presentation: 岡山市
  • Year and Date: 2008-11-17
• [Presentation] 雲母表面における水とイオンの構造と挙動 : 分子シミュレーションとX 線反射率測定の比較 (2008)
  • Author(s): 佐久間博・河村雄行
  • Organizer: 粘土科学討論会
  • Place of Presentation: 那覇
  • Year and Date: 2008-09-04
• [Presentation] X線小角散乱実験による様々な粘土-水系の構造の解析 (2008)
  • Author(s): 諸留章二・河村雄行
  • Organizer: 粘土科学討論会
  • Place of Presentation: 那覇
  • Year and Date: 2008-09-04
• [Presentation] ハイドロタルサイト-水系の分子動力学計算 (2008)
  • Author(s): 河村雄行
  • Organizer: 粘土科学討論会
  • Place of Presentation: 那覇
  • Year and Date: 2008-09-04
• [Presentation] ナノ物性からマクロ挙動へ : 粘土の移動現象 (2008)
  • Author(s): 市川康明・Choi Joe・河村雄行
  • Organizer: 粘土科学討論会
  • Place of Presentation: 那覇
  • Year and Date: 2008-09-04
• [Presentation] 粘土鉱物間隙水滴の挙動-水不飽和系粘土・岩石の力学に関して (2008)
  • Author(s): 河村雄行・市川康明
  • Organizer: 粘土科学討論会
  • Place of Presentation: 那覇
  • Year and Date: 2008-09-04
• [Presentation] ナノ物性からマクロ挙動へ : 粘土の移動現象 (2008)
  • Author(s): 河村 雄行
  • Organizer: 第52回粘土科学討論会
  • Place of Presentation: 那覇市
  • Year and Date: 2008-09-03
• [Presentation] 粘土鉱物間隙水滴の挙動-水不飽和系粘土・岩石の力学に関して- (2007)
  • Author(s): 河村 雄行、市川 康明
  • 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
  • Year and Date: 2007-11-27
• [Presentation] メソスケールシミュレーションによる粘土組織の構築 (2007)
  • Author(s): 諸留章二、河村 雄行
  • Organizer: 第51回 粘土科学討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2007-09-21
• [Presentation] 分子シミュレーションによるイモゴライトの研究-構造、水和、物性など (2007)
  • Author(s): 河村 雄行
  • Organizer: 第51回 粘土科学討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2007-09-21
• [Presentation] メソスケールシミュレーションによる粘土組織の構築 (2007)
  • Author(s): 諸留章二・河村雄行
  • Organizer: 粘土科学討論会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2007-09-13
• [Presentation] 分子シミュレーションによるイモゴライトの研究-構造、水和、物性など (2007)
  • Author(s): 河村雄行
  • Organizer: 粘土科学討論会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2007-09-13
• [Book] 粘土ハンドブック 第3版 (2009)
  • Author(s): 河村雄行
  • Publisher: 分担執筆