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

2022 Fiscal Year Annual Research 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 / 分子動力学 / 粘性係数

Outline of Annual Research Achievements

イオン液体の粘性係数をカチオンとアニオンの組み合わせによってどのように変化するのかを体系的にモデル化する事を目的として研究を行った。特に近年注目されている微細流路内における粘性係数の値に注目した。最初にカチオンはC4mim+及びC3Omim+の2種類を用いた。アニオンとして球対称のCl-，四面体構造を持つBF4-及び六面体構造を持つPF6-を用いた。仮想壁面で構築された流路内におけるイオン液体の粘性係数は流路幅に依存しておりBulk状態と比べて小さくなった。原因の一つとして固体壁面に存在する電気二重層が作り出す静電ポテンシャルの影響である可能性が示唆された。しかし、先行研究において微細流路におけるイオン液体の電荷分布とバルク状態における電荷分布には違いがある可能性が示唆された。そこで、電荷の妥当性を検証する為に、電視状態計算による電荷分布を再現する点電荷の電荷を求めた。また、系の周期性によって生じる電荷の偏りも同時に求める。しかし、Bulk状態における電荷の値が分子を用いて計算した値と大きく異なっており、計算系及び計算方法のさらなる改良が必要である事が示唆された。本年度は、電荷分布を積分する方式ではなく静電ポテンシャルを再現する点電荷を求める方法に変更した。しかし，分子系を用いて計算した電荷と大きく異なる結果が得られた。これは、隣接する分子が作る電場の影響が点電荷を考慮せず、点電荷を用いて電場を再現することが困難であることを意味している。次年度以降も研究を継続し、分極効果を含むポテンシャルを用いる事でより正確な粘性係数を評価し、流路幅依存性を議論する予定である。