2004 Fiscal Year Annual Research Report
ナノバブルの生成と消滅機構の分子動力学的研究 -Young-Laplace式適用の問題点と新機構の提案-
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16656074
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
鶴田 隆治 九州工業大学, 工学部, 教授 (30172068)
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| Keywords | ナノバブル / 3相界面 / 濡れ性 / Young-Laplace式 / 分子動力学シミュレーション / 界面構造 / 核生成理論 / 接触角度 |
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| Research Abstract |
ナノバブルの生成・消滅機構は,ナノ・マイクロスケールにおける熱・物質輸送機構に深く関わり,近年注目されつつある重要な物理現象である.しかし,その存在を含め,多くのことが理論的には明確なものとなっていない.その一つに,気液界面における力学的平衡条件としてのYoung-Laplace式適応の妥当性があると考える.Young-Laplace式によると,ナノサイズのバブルの内圧は,表面張力により非常に高い圧力になる必要がある.しかし,分子動力学計算によれば,気泡は空洞として形成され,内部に存在する分子数は極めて少なく,高い圧力の担い手とは考えにくい状況にある.そこで,本研究では,ナノバブルの力学的平衡条件としてYoung-Laplace式の妥当性を疑問視し,気液の界面構造に着目した議論を展開した.具体的にナノ流動の分子動力学シミュレーションにより気泡を発生させ,気泡の形成・平衡・消滅過程における界面の力学構造を観察することによりYoung-Laplaceの式の適応について検討した.その結果によれば,ナノバブルに対してYoung-Laplaceの式は適用できず,気泡外部の液体分子からの分子間力によって,気液界面が形成・維持されているように考えられる.気泡収縮過程においては,界面層の外側における気泡中心方向の力が大きくなっていることが確認できる.
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