イオン液体粘性係数の流路幅依存性を決定する要因の特定と依存性のモデル化

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04260
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 福島 啓悟 福井大学, 学術研究院工学系部門, 講師 (50725322)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: イオン液体 / 流路幅依存性 / 分子動力学

Outline of Annual Research Achievements

本年度は昨年度の課題であったイオン液体粘性係数の過大評価の問題を解決するために、電荷評価方法を開発した。昨年度はカチオンが炭素鎖を一つ持つ場合における粘性係数及び流路はば依存性の評価を行った。しかし、多くの場合で粘性係数を実験地よりも過大評価していた。本年度は複数の炭素鎖を持つイオン液体の粘性係数を評価する計画であったが粘性係数の過大評価を解決する必要があると考えて複数の電荷評価方法による電荷の違いが粘性及び拡散に与える影響を評価した。これまでは、単分子の電子状態計算の結果によって得られた静電ポテンシャルを再現するように点電荷を求めていたが、周期的境界条件を用いた凝集体における電子状態計算で求めた電荷分布や静電ポテンシャルを再現するような2種類の方法で点電荷を求めた。妥当性を検証するためにPolyethylene oxide - Li TFSI 系におけるLiの拡散係数を求めた。これは、昨年度使用していた系よりもカチオンの構造がシンプルである点や検証に使用する実験結果が数多く存在するからである。その結果、Liイオンの拡散係数の計算結果は電荷の変化前後で大きく変化せず、実験結果を過小評価していることがわかった。これは、粘性係数を過大評価していることを意にしている。これは電荷分布や静電ポテンシャルだけでなく、VdW相互作用の係数も変更する必要があることを意味している。また、複数の炭素鎖を持つイオン液体の分子モデルを作成した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究計画では、複数の炭素鎖を持つカチオンを持つイオン液体の粘性及び拡散係数を評価する予定であったが粘性係数過大評価の問題が解決しなかった。一方、評価する必要のあるイオン液体の計算モデルの作成はおおむね完了しており現在電荷評価方法の改善をおこなっている。また、実験結果を再現できるように電荷の値をスケーリングするという手法を用いて研究を行う手法も検討しており、期間内に研究を完遂する予定である。

Strategy for Future Research Activity

本年度は電荷の評価方法の改善を完了させ、得られた電荷を用いてイオン液体の粘性係数及び粘性係数の流路幅依存性を評価する。得られた結果を再現できる数値モデルを作成する。

Causes of Carryover

昨年度同様に新型コロナウィルスの影響で学会や研究打ち合わせがすべてオンラインになったため旅費がかからなかったこと及び参加する学会を減らしたため参加費が生じなかったため、次年度使用額が発生した。また、世界的な半導体不足により年度内に計算機を購入することができなかった。