2020 Fiscal Year Annual Research Report
１原子スケールの熱流情報に基づく，界面熱輸送状態の根源的解明
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19K14909
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
藤原 邦夫 大阪大学, 工学研究科, 助教 (60800852)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 熱流束 / 界面熱輸送 / １原子スケール / 固液界面 / 非平衡分子動力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，１原子スケールの熱流が巨視的な界面熱輸送に及ぼす影響を包括的に明らかにすることを目的として，特に吸着原子を含む様々な表面構造が巨視的な固液界面熱輸送状態に及ぼす影響に関して分子動力学解析を行った．比較的単純なポテンシャル関数であるLennard-Jonesポテンシャルで相互作用する原子・分子の計算系を用い，表面構造として，固体原子単相で構成される，ステップ構造，クラスター構造，空孔構造，吸着原子，をフラットな固体原子表面に配置して解析を行った．その結果，種々の構造の中で吸着原子が最も熱輸送の向上に寄与することが分かった．また，ステップ・クラスター・空孔構造において，構造の端部を構成する原子における熱輸送が顕著であることが分かった．固液界面熱輸送が表面構造で変化する理由としては，原子スケールにおける液体との接触面積の影響と，構造の端部を構成している原子の振動状態と液体の振動状態との相関性が向上したことが原因であることが分かった．
また，固体壁面近傍の液体吸着層において，固体表面原子のサイトに対応する領域で熱輸送特性の把握を行った．その結果，濡れ性がよい場合では，固体原子間に対応するホローサイトで最も熱輸送が行われ固体原子直上部との熱輸送量差が顕著であるが，濡れ性が悪い場合では，液体吸着層内において固体原子配置の影響が小さくなることを精密に解析することにより明らかにした．
これまでに実施した研究により，１原子スケールの熱流を古典分子動力学法に基づき算出する解析技術を構築し，固体表面原子近傍の１原子スケールの熱流と巨視的な固液界面熱輸送量の関連性を明確にする方法論の基礎ができたと考える．一方で，今後より複雑なモデルを使用した解析への応用が期待される．
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