隙間水が関与した摩擦現象と隙間水の流体現象の研究

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05198
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 真庭 豊 東京都立大学, 理学研究科, 客員教授 (70173937)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 客野 遥 神奈川大学, 工学部, 准教授 (10746788) ; 松田 和之 神奈川大学, 工学部, 教授 (60347268)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: カーボンナノチューブ / 流体現象 / 摩擦

Outline of Annual Research Achievements

自然界の現象の理解や人工的なナノ機械の構築において、構成する物質間の摩擦現象の解明は重要な研究テーマの一つであると考えられる。本研究では、隙間に水などの液体が介在する場合の摩擦現象と、摩擦が関与した流体現象を明らかにする。特に、2次元材料間の隙間に水などの液体がある場合の摩擦現象、およびカーボンナノチューブ(CNT)のナノ・サブナノメートルサイズの空洞内の水などにつての摩擦が関与した流体現象を理論的・実験的に明らかにすることを目的とする。
2019年度では、隙間水(液体）があるときの摩擦現象を明らかにするための分子動力学計算のモデルシステムの構築を行った。さらに、流量とカーボンナノチューブ直径との相関を調べ、内包水が筒状氷（アイスナノチューブ）を形成する直径近傍で、異常な流量変化を示すことが示唆された。また、軸に垂直方向から圧力をかけて扁平化したカーボンナノチューブ内の水の分子動力学計算を行い、内包した水の構造に非常に敏感なプロトン伝導機構を見出した。
2020年度では、昨年度構築したモデルシステムの改良を行い、2つの水タンクをCNTでつないだ時のCNTを流れる水量Qと両タンク間の圧力Pの関係を調べた。一定温度において、Pの増加によりQも増加することが確認できたが、直径が充分太い場合（バルク）に知られているようなQとPの比例関係は見出されなかった。さらに圧力Pが一定である場合、CNTの長さを変えても流量Qはほとんど変化しないことが示唆された。これらのことは、二つのタンク間の水流の抵抗の起源と、タンクおよびCNT内の水の構造と水流の抵抗との関係の重要性を示唆する。今後、これらに注目した研究が必要である。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

コロナ禍のため研究室実験がほとんど困難であった。定年退職（2020年3月）に伴う移動などにより、十分な研究を行うことができなかった。

Strategy for Future Research Activity

コロナ禍により、実験室系の研究に関して、予測できない不透明な部分が多いので、今年度同様に分子動力学計算を中心とした研究を優先して進めたいと考えている。

Causes of Carryover

コロナ禍による、学会発表旅費が未使用になったこと、研究室での実験がほとんどできなかったこと、さらに、これらの実験の遅れによる論文発表に関連した支出がほとんどなかったことによる。今年度以降、これらの研究に使用する予定である。