2018 Fiscal Year Annual Research Report
Unveiling thermally activated dynamics in liquids and microscopic origin of viscosity
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17K14371
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
岩下 拓哉 大分大学, 理工学部, 准教授 (30789508)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | Van Hove function / 粘度 / 非弾性Ｘ腺散乱 / シミュレーション / 局所構造 / 応力緩和 / 液体の運動論 / 中性子散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液体の輸送特性のひとつである粘度の原子レベルの起源を明らかにするために，分子動力学シミュレーションとＸ線および中性子散乱実験を実施した．液体の実験的研究では，兵庫県に設置されている大型放射光施設スプリング8で分子性液体である水やさまざまな塩水(NaCl,CsCl, NaBr, KBr, CaCl2)の非弾性Ｘ線散乱実験を行った．測定した実験データから実時間および実空間相関関数，つまり Van-Hove function と呼ばれる動的構造関数をはじめて求めることに成功した．この結果，巨視的な粘度と局所構造変化を直接議論することが可能となることを明らかにした．これは実空間解析の重要性を示唆している重要な成果である．また，流動下にあるコロイド微粒子分散系の計算機シミュレーションを行い，中性子散乱実験結果と融合し，実空間における構造異方性と粘度の関係性を明らかにした．
さらに，計算機シミュレーションを用いた理論的研究では, 液体金属,(Fe,Cu50Zr50,Pd80Si20)の局所応力と応力緩和の関係性に強い相関があることを見出した．これは，局所的に圧縮環境にある原子は局所的に引っ張り環境にある原子よりも局所粘性緩和がはやいことを示す結果であり，局所構造と局所ダイナミクスの間に直接的な相関が存在することを示唆した．また，液体の局所的な力学変数から成る時系列データから，機械学習を応用し，いつどこで構造変化が起きるのかを捕らえる試みを行ったが，普遍的な法則を導きだすことには至らなかった．局所構造の選定を再考することが今後の課題としてあげられる．また，液体である水の局所構造変化を検出するために, 水分子の双極子モーメントに対する実時空間相関関数の計算を行い，分子の変位過程との関係性を明らかにした．
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