2017 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation and control of thermal transport characteristics of nanoscale solid-liquid interface complex toward the creation of novel thermal materials
| Project/Area Number |
17K06182
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
小原 拓 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40211833)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 固液界面 / 熱輸送 / 分子動力学 / 複合系ナノ材料 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、厚さ10～100nmの固体層・液体層が多数重なった構造により、いわば固液界面のみから成るマクロ媒体を構成して、固液界面において生じている特異な（バルク液体・固体とは異なる）熱輸送特性を積極的に利用した新しい熱媒体を創成するための学理を確立する基礎研究である。固液界面の熱輸送における非平衡性や熱抵抗などの現象を理解し、それらが重畳してマクロなスケールとなったときに熱媒体として示す総括的特性を解明すると共に、この特性の自在な制御を目的として、固液界面のナノスケール非平衡熱輸送特性を制御するための方策を探る。大規模な分子動力学シミュレーションによる重畳界面の特性解明と制御法の探索により、これまでにない特性を自在・柔軟に実現できる熱媒体材料「ナノ固液界面複合系」に直結する成果をあげることが本研究の目的である。
固液界面では、固体－固体接合界面とは異なり表面の凹凸による接触実面積の減少がないにもかかわらず、界面熱抵抗が存在することは以前から知られている。これに対して小原らが開発した分子動力学シミュレーションによる界面熱エネルギー輸送特性の解析法により、熱エネルギーの伝搬モード（熱エネルギー伝搬に寄与する分子運動の自由度）や界面近傍の液体中に形成される構造の影響などを知ることができるため、様々な系に対してこれを適用して研究を進める。
平成29年度は、まず固液界面および近傍領域における熱輸送特性に対して、固体壁面間の距離が小さく2つの固体壁面の影響が干渉する場合やポリマー液体が形成する吸着構造などの解析を行うため、分子動力学計算系を構築した。また、次年度以降の解析対象であるソフトマターや界面吸着物質の適用に関して、情報収集と議論を進めた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
一般的な固液界面を再現するための分子動力学計算系を検討し、固体結晶と単純液体が接する固液界面系を構築した。液体は今後の研究の進展に従ってポリマー液体などに交換することも用意である。現在は固体表面に液体分子が吸着して形成する層状構造など、既に報告がある様々な特性と比較検討し、計算系の妥当性を慎重に確認している。また、界面への界面活性剤など第3の分子が吸着する場合やソフトマターなどについて情報収集と議論を進め、現象の本質や解析上の技術的課題・学問的論点が明確になってきた。今後は熱輸送特性の観察とメカニズムの解析を速やかに進めることができる。以上から、研究はおおむね順調に進展しているものと判断する。
|
| Strategy for Future Research Activity |
計算系の構築と解析法の検討など技術的課題の解決に長大な時間を必要としたが、妥当な計算系を得ることができ、界面系の大規模分子動力学シミュレーションを開始している。今後は界面の構造と熱輸送特性の解析を進め、固体表面性状と熱輸送の分子運動モードや界面熱コンダクタンスとの関係などに考察を進める。2年次の平成30年度は支援スタッフも充実しており、解析は順調に進むことが期待できる。
|
| Causes of Carryover |
研究の進展に従っておおむね順調に経費の消費を進めたが、学生に依頼する仕事量を減らして謝金の支払いを抑えたことなどにより、多少の次年度使用額が生じた。次年度には計算量や解析作業量が大幅に増加する予定であり、本年度からの繰り越しも含めて使用することが必要となる見込みである。
|
Research Products
(2 results)
