2004 Fiscal Year Annual Research Report
界面活性剤水溶液中の表面間相互作用力とその推算手法の開発
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16760606
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
新戸 浩幸 京都大学, 工学研究科, 助手 (80324656)
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| Keywords | 界面活性剤水溶液 / ミセル / 表面間相互作用力 / 原子間力顕微鏡 / 蛍光顕微鏡 / 複合装置 / 分子シミュレーション / 陰溶媒モデル |
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| Research Abstract |
本研究では,イオンおよび界面活性剤を含んだ水溶液中での表面間力を予測するためのシミュレーション手法構築を目指した。具体的には,熱運動に起因する揺動力を表現するランジュバン方程式に平均力ポテンシャルを組み込んだランジュバン動力学を基礎とした。
まず,平均力ポテンシャルを同定するため,イオンおよび界面活性剤分子の構成要素間の平均力ポテンシャルイオンおよび界面活性剤分子のヘッドをLJ反発殻と中心電荷で,テールをLJ粒子鎖で表現し,SPC/E水分子モデルを基本として,水中における各サイトの自己拡散係数および各サイト間の平均力ポテンシャルを分子動力学計算により算出した。次に,算出された自己拡散係数および平均力ポテンシャルを用いて,電解質水溶液および界面活性剤水溶液のランジュバン動力学シミュレーションを行った。得られた結果は,既報の水分子があらわに取り扱われた分子動力学シミュレーションの結果と半定量的に一致した。また,本手法を用いて,DLVO理論でよく説明されている電解質水溶液中におけるコロイド粒子間の相互作用力を算出した。その結果,DLVO理論の適用範囲内で,シミュレーション値が理論値と定量的に一致した。これらの結果により,本手法の妥当性が示唆された。さらに,本手法に基づく大規模系の長時間シミュレーションにより,電解質水溶液中のコロイド粒子の三体相互作用,界面活性剤分子の自己会合過程などを明らかにしつつある。
本手法では,本来離散的である媒質を平均力ポテンシャルとして繰り込むなどの近似が存在する。従って,実在実験系との比較・検証が重要であるため,表面間相互作用力と表面間制限空間内分子挙動の同時計測を可能とする原子間力顕微鏡・蛍光顕微鏡の複合装置の試作を行った。
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