2017 Fiscal Year Annual Research Report

電気二重層斥力の性質を利用した相転移直接観察のための理論的研究

Research Project

Project/Area Number	16J01465
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	末松安由美九州大学, 理学研究院, 特別研究員(PD)
Project Period (FY)	2016-04-22 – 2019-03-31
Keywords	積分方程式理論 / 荷電粒子間実効相互作用 / Debye-Huckel近似 / 電解質の価数依存性
Outline of Annual Research Achievements	昨年度に計算した内容について、発表などを通して議論を活発に行った。また結果について考察を再度行い、より理解を深めるための計算を行った。また、得られた結果についての論文投稿の準備を進めた。昨年度、電解質溶液中の荷電粒子間相互作用について、カチオンの濃度一定の条件下でアニオンの価数変化による実効相互作用を積分方程式理論によって計算を行った。また、Debye-Huckel理論でも同様の計算を行い、積分方程式理論の結果と比較した。その結果、Debye-Huckel(DH)理論では明確なアニオン価数依存性が得られたが、積分方程式理論の結果では明確な価数依存性が見られなかった。この結果を受けて本年度はイオン強度を一定にした場合の実効相互作用を各理論を用いて計算し、価数依存性を調べた。DH理論では、イオン強度一定の条件下で実効相互作用は電解質溶液の性質から影響を受けない。しかし、DH理論の適用が妥当な範囲、つまりPoisson-Boltzmann方程式の線形価近似が妥当な範囲でない場合に実効相互作用が電解質の価数の影響を受けることが先行の理論研究および実験によって示されている。そこで本研究でもイオン強度一定の条件下で積分方程式理論を用いた計算を行うこととした。計算の結果、DH理論では価数依存性はないが、積分方程式理論ではわずかに価数依存性が見られた。これにより、本研究で用いたパラメーターの範囲(Poisson-Boltzmann方程式の線形化が妥当でない範囲)では、イオン強度一定ではなく、カチオン濃度一定にすることで実効相互作用の価数依存性が非常に小さくなることを示した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 電解質溶液中の荷電粒子間の相互作用の計算については、当初は先行研究の結果に基づく予測からカチオン濃度一定の条件下のみの計算が予定されていた。ところが、その結果の考察の過程からイオン強度一定という条件での計算の必要性が生じた。その結果から、荷電粒子間の実効相互作用の電解質の価数への依存の仕方について予測できなかった振る舞い、すなわちカチオン濃度を一定にすることでアニオンの価数依存性を小さくすることが可能であることを発見できた。
Strategy for Future Research Activity	これまでの研究についての成果を論文にまとめて投稿する。また、共同研究者が計算した自由体積理論および熱力学的摂動論の計算のパラメーターを参考に、もっと広い範囲での計算に拡張してこれまでの積分方程式理論による計算との比較検討を行う。