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2020 Fiscal Year Research-status Report

Revealing the origin of surface charge of hydrophobic interface based on charged impurities

Research Project

Project/Area Number 20K14430
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

植松 祐輝  九州大学, 理学研究院, 助教 (30830111)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords表面張力 / 水滴 / 気泡 / 電解質 / 界面 / 水
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の目的は、表面張力の精密測定に取り組むことで、他の手法では検出するのが難しい不純物を検出し、そのpH依存性や塩濃度依存性を調べるというものである。界面化学における基礎的問題であるだけでなく、水処理や海洋エアロゾルといった環境科学において重要であると考えている。
実験パートでは、当初計画していた毛管法の改良は測定原理上、精密測定が難しいことが明らかになった。これは、理論計算をすると、毛管内の水溶液の濡れ膜が、実効半径を小さくすることにより表面張力測定の精度に大きく影響を与えるからである。この困難を回避するには、濡れ膜の膜厚の塩濃度依存性を実験的に計測することであるが、これは難しいため断念した。
一方で、その後の計画にあった泡圧法については、濡れ膜の影響はないと考えられた。したがって、動力学も測定できる泡圧法による装置制作を前倒しで進めることにした。また、圧力測定と同時に、気泡と水滴の光学観察ができるような測定系を構築し、気体や水の配管系を残して、ほぼ装置制作を終えることが出来た。
理論パートでは、表面張力の理論計算とモンテカルロシミュレーションの比較を検討した論文を出版することが出来た。さらに、水滴中のイオン分布に関して、新たに研究課題を見つけることが出来たので、そちらの理論計算を進めた。
以上の結果は、当初の研究実施計画と変化しているものもあるが、概ね、当初の目的にかなったものである。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

毛管法の装置設計については予期せぬ問題があったが、動力学も測定できる装置の制作を前倒しすることになったので、大きな遅れとはなっていない。また、理論パートで、水滴内イオン分布や、ピペットにより作られた水滴の電気泳動といた課題を見つけることができ、前者については、水滴径やイオン数に関する解析式を得ることが来たので、予期せぬ進展があった。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、表面張力の動力学を測定できる装置を制作し、データを取るところまで、今年度に実施する。
理論面では、質量分析法におけるイオン化スプレーを念頭に、水滴の電磁気学・流体力学の理論を構築する。

Causes of Carryover

x 装置制作に関する部品の購入が少し遅れたので、翌年度に使用する。

  • Research Products

    (8 results)

All 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Universidade Federal doRioGrandedoSul(ブラジル)

    • Country Name
      BRAZIL
    • Counterpart Institution
      Universidade Federal doRioGrandedoSul
  • [Int'l Joint Research] Freie Universitat Berlin(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Freie Universitat Berlin
  • [Journal Article] Consistent description of ion-specificity in bulk and at interfaces by solvent implicit simulations and mean-field theory2020

    • Author(s)
      dos Santos Alexandre P.、Uematsu Yuki、Rathert Alexander、Loche Philip、Netz Roland R.
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 153 Pages: 034103~034103

    • DOI

      10.1063/5.0016103

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] カーボンナノチューブ中の電解質溶液の電気伝導の濃度に関するスケーリング理論2020

    • Author(s)
      植松祐輝
    • Organizer
      西日本非線形研究会
  • [Presentation] カーボンナノチューブ中の電解質溶液の電気伝導の濃度に関するスケーリング理論2020

    • Author(s)
      植松祐輝
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
  • [Presentation] カーボンナノチューブ中の電解質溶液の電気伝導の濃度に関するスケーリング理論2020

    • Author(s)
      植松祐輝
    • Organizer
      第71回コロイドおよび界面化学討論会
  • [Presentation] Is the origin of the negative surface charge of hydrophobic water surface OH ion adsorption?2020

    • Author(s)
      Yuki Uematsu
    • Organizer
      17th Australia Japan Colloids Symposium 2020
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] Yuki Uematsu

    • URL

      http://sm.phys.kyushu-u.ac.jp/~uematsu/index.html

URL: 

Published: 2021-12-27  

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