2019 Fiscal Year Research-status Report
Microscopic Young's equation on heterogeneous solid surfaces with pinning sites
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18K03978
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山口 康隆 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (30346192)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大森 健史 大阪大学, 工学研究科, 助教 (70467546)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 分子動力学 / 濡れ / 界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ピニングを有する接触線を扱う上で理論的な前提となる平滑な固体壁面上の平衡状態の濡れについて前年度に行った分子動力学解析により，固液，固気の界面張力と，固体表面近傍における表面接線方向，法線方向の応力の積分，および熱力学的に得られる付着仕事が対応することが示された．この前提が確立されたことを受けて，本年度は，主要な課題であるピニングを扱うため，固体壁面上に固液間相互作用の異なる部分の境界線を有する場合の接触線の挙動について，準二次元的なメニスカスを有する系を用いた解析を行った．接触線がこの境界近傍にあるときには，先述の平滑面とは異なり固体からの壁面接線方向の力が働き，これを外力とみると，先述のYoungの式に補正項として加わることになる．実際に分子動力学解析からその値を抽出することで，この考え方が正しいことを立証した．さらに接触線がピニングされた状態から離脱するために必要となる最小仕事を見積もった．この成果を，本分野で定評ある査読付き国際学会誌であるJournal of Chemical Physicsで発表したほか，国内の複数の学会において発表した．さらに，接触線が壁面に対して動的に動く系についても，研究分担者である同専攻の大森健史助教との協力のもと解析を進め，接触線近傍での流れ場や，固液間の境界条件の扱いなどについての新たな知見を，同じく定評ある査読付き国際学術誌であるSoft Matterに発表した．さらに動的な場合の応力の抽出方法について，分子の速度分布関数を介した理論により確立した．これにより，動的な系についての解析が飛躍的に進むことが期待される．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要でも述べたように，ピニングを有する接触線を扱う上での理論的前提について明確に示し，またピニングを有する典型的な系のひとつについて，計画段階で示した方法論が適用できることも示しており，これらの単純な流体分子，壁面構造を用いた系について，すでに3報を定評ある国際学術誌で発表した．また，より具体的な系としてOH修飾されたSiO2表面上の水という，複雑な流体分子，固体壁面についての解析を行い，先述の単純な系について得られた知見や，熱力学積分法などの方法論が適用できることも示した．この内容についても，本年度中に国際学術誌への投稿を予定している．加えて，上記の3報のひとつとして，2019年1月にJournal of Chemical Physics誌に発表した"Interpretation of Young's Equation for a Liquid Droplet on a Flat and Smooth Solid Surface: Mechanical and Thermodynamic Routes with a Simple Lennard-Jones Liquid"が，同誌のJCP Editors’ Choice 2019（88報が選定）に選ばれた．また，これらの業績によって，2019年度，日本伝熱学会学術賞を受賞した．これらの実績を総合的に見て，着実に成果をあげていると判断でき，当初の計画以上に研究が進展しているとの自己評価に至った．
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| Strategy for Future Research Activity |
単純系についてピニング力の理論的な裏付けができたことを踏まえ，より具体的な系としてOH修飾されたSiO2表面上の水という，複雑な流体分子，固体壁面についての解析を継続し，国際学術誌への投稿を予定している．また，単純流体の系については，実験的にはWilhelmy法として知られる液面に対して固体平板を浸す系を扱うことで，熱力学積分という計算負荷の高い操作が不要となる可能性が示されたことから，これについて詳細に検討していく予定である．加えて，同様に単純流体の系について，本年度確立した動的な場合の応力の抽出方法について発表を行い，これを用いた解析を進めていくことを予定している．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルス流行のため，2020年3月に出席予定していた国際会議（東京）が中止となったため，この予算を次年度を繰り越すことになった．
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Research Products
(17 results)
