2018 Fiscal Year Annual Research Report

Study of measurement methods of solvation structure: Development and application of statistical mechanics of liquid in a confined space

Research Project

Project/Area Number	15K21100
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	天野健一京都大学, 工学研究科, 助教 (30634191)
Project Period (FY)	2015-04-01 – 2019-03-31
Keywords	コロイド表面化学 / 高分子 / 枯渇相互作用 / 小角散乱
Outline of Annual Research Achievements	本研究では期間全体を通して原子間力顕微鏡や表面力測定装置、ライン光ピンセットから測定される平均力ポテンシャルから基板近傍の溶媒和構造や基板近傍やコロイド粒子表面近傍における分散コロイド粒子の集団配置を逆計算する事に挑戦した。また、溶媒やコロイド粒子らを任意の２つの表面で挟むと拘束空間が生じるがその拘束空間でどういった事が起きているのかなど調べた。また拘束空間における溶媒和構造やコロイド粒子の集団配置がどういった近似で表現できるかといった事も検討した。本年度は本科研費の期間を１年延長し、以下の（Ａ）～（Ｃ）を研究した。（A）変換理論の改良・高速化・検証計算を行った。変換理論の改良のためインプットデータとして新たにＸ線や中性子の小角散乱由来の構造因子のモデルポテンシャルフリーな逆解析技術が必用になった。そこでその技術の開発とさらにその逆計算を妥当な時間内で収束させるための数値計算高速化を行った。（B）イオン液体中における粒子―粒子間平均力ポテンシャルの追加研究の下準備を行った。これまでイオン液体中のカチオンとアニオンを球でモデリングしていたが、実際はより複雑である。カチオンやアニオンをダンベル型などに近似して粒子―粒子間の平均力ポテンシャルを研究するために、より高度な液体の積分方程式理論について知識を深めた。（C）溶液中に塩や高分子を溶かした場合の平均力ポテンシャルの研究を行った。高分子の添加によって枯渇相互作用が生じ粒子―粒子間に引力が生じる事はよく知られているが粒子―基板間でも同様の効果が生じるかを実験データの逆計算と純粋な理論計算の両方の観点から研究した。表面に高分子鎖の生えたコロイド粒子間の平均力ポテンシャルも研究した。通常は構造エントロピー由来の斥力が生じるのだが、高分子鎖がどちらかと言えば疎水性なため上記斥力を上回る疎水相互作用由来の引力を観察した。