2018 Fiscal Year Annual Research Report
Spatial-Decomposition Analysis of Transport Coefficients
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15K13550
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
松林 伸幸 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20281107)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石塚 良介 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (30462196)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 輸送係数 / 自由エネルギー / 分子シミュレーション / 空間分割 / 時間相関関数 / 電気伝導度 / 粘度 / Green-Kubo式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、空間分割した相関関数を新規に導入することで、電気伝導度のような輸送係数を局所的な空間相関の立場から解析するための理論を構築し運用する数値方法を開発することである。これまでに、イオン対のような直感にアピールする空間的概念をGreen-Kubo の厳密な時間相関関数理論に組み込むことで空間的描像と時間的描像を統合する空間分割表式を開発してきた。本年度は、３元からなるイオン液体への適用を行い、nmスケールの空間構造が電気伝導度に影響を及ぼすことを見た。また、28年度には粘性係数の空間分割表式を定式化したが、本年度は粘弾性を記述する緩和弾性率の空間分割も行い、樹脂と金属の界面に適用した。樹脂と金属の接着強度が高いときには、界面から10 nmのオーダーで樹脂の運動が抑制されより粘性的に振る舞うことを見出した。外部からの応力に対して、樹脂と金属の接着界面が流れにくくなっていることを示す結果であり、樹脂の素性を変えて接着強度を上げるための指針策定の一助となる結果である。さらに、溶質の導入に伴う水など溶媒分子の回転相関時間の応答に関する空間分割表式を開発した。これは、NMRなどで測定可能な物理量で、溶質の構造形成と破壊を特徴付ける。溶媒分子の回転相関関数を溶質からの距離の関数として空間分割し、溶質の影響の及ぶ空間範囲を決定できる定式化を行なった。典型的な疎水性溶質およびイオン溶質に対して適用し、第２水和圏までの影響が積分されてNMRなどの観測値に効くことを明らかにした。熱力学量である溶媒和自由エネルギーに対する空間分割表式も開発した。溶質に対する溶媒の2体相互作用エネルギーと相対位置の同時分布を元にする密度汎関数法であり、様々な疎水基や親水基を持つ小分子の水溶液を検討して、溶質ー溶媒間距離に対して溶媒再配向自由エネルギーが溶質ー溶媒直接相互作用より早く減衰することを示した。
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