2018 Fiscal Year Annual Research Report
A Molecular Dynamics Study on Interface Affinity of Organic Molecular Film with A Novel Functionality
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16K06105
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
菊川 豪太 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (90435644)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 自己組織化単分子膜 / 分子動力学法 / 界面親和性 / 浸漬仕事 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自己組織化単分子膜（self-assembled monolayer, SAM）は，固体表面の修飾技術として広く研究が進んでおり，表面の物理化学的特性を分子スケールから柔軟に制御する技術として応用が進んでいる．本研究では，分子動力学（MD）シミュレーションを用いて，SAMを介した熱物質輸送機構およびSAMをはじめとする有機分子膜の界面親和性を明らかにすることを目的とし，分子スケールから新規的な界面修飾材料をデザインする際に有用となる分子レベルの設計指針を模索することを目標に研究を行っている．典型的なSAM分子素材を用いて，分子スケールで界面親和性を定量評価する手法の基礎的な内容を検討を実施した．MDシミュレーションにおいて，濡れ性の異なるSAM末端基，すなわちメチル基末端（疎水性）およびOH基末端（親水性）を用いて，SAM表面上に極性，非極性の溶媒分子（水，ハイドロカーボン等）を液滴状に配置するモデルを作成した．これを用いて液滴濡れ性の解析を行った．重要な濡れ性の指標として接触角を溶媒の密度分布を基に測定した．また，界面親和性を定量評価する指標について，ヤング-デュプレの式を前提として，浸漬仕事についても解析を行った．その結果，液体の表面張力が低く濡れやすい液体については，分子スケールのシミュレーションにおいて，強く濡れ広がることから計算系サイズを大きくとる必要があることがわかった．また，得られた接触角について実験結果と比較すると概ね傾向は一致するが，実験結果との差異は大きく，これを説明する理論モデルについて検討した．これらの研究を通じて，自由エネルギー計算を基礎とする直接的な付着仕事の評価が親和性評価に必須であることが明らかとなった．
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