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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Conservation laws in microscopic wetting: from equilbrium systems to nonequilibrium systems

Research Project

Project/Area Number 22H01400
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

山口 康隆  大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30346192)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) Surblys Donatas  東北大学, 流体科学研究所, 助教 (20812663)
大森 健史  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70467546)
菊川 豪太  東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (90435644)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Keywords分子動力学 / 濡れ / 界面張力
Outline of Annual Research Achievements

非平衡の濡れを扱うため、固体に対して接触線が運動する系として、1) 定常せん断下にあるメニスカスの系、2) 液滴が壁面上を非定常的に濡れ広がる系、および 3) 壁面の加熱により接触線近傍で定常的に蒸発がおこる系、の3つについて、分子動力学(MD)解析により取り扱った。1)については、前進/後退接触線近傍で発熱/吸熱現象が起こることを見出した。このメカニズムを解明するために、接触線近傍の速度、温度、応力、熱流束という流体力学の方程式系を構成する熱流体の場を分子動力学系から抽出する方法を新たに開発し、この発熱/吸熱が、接触線の近傍を流れる液体の流線に沿って固体から受けるポテンシャルエネルギーが変化することに起因することを突き止めた。この現象はミクロスケール1)、3)と異なり時間平均的を取ることにより熱流体場を抽出することが困難であるが、マクロに等価であるとみなせる液滴衝突のMD系を多数構築し、これらを適切に同期してアンサンブル平均を取ることで、熱流体場を抽出した。また壁面粗さが異なり平衡状態における接触角が同じとなるような壁面と流体の組み合わせを多数構築し、壁面粗さが液滴の衝突現象に与える影響について検討した。さらに、新たな取り組みとして、3)の定常蒸発系を構築した。MD法においては分子の出し入れが困難であり、従来、定常的な蒸発を行うことは困難であったが、同時に凝縮が発生するような系を構築することで、定常系を実現した。今後、この系について熱流体場の抽出を行う予定である。
これらにより得られた成果を、国際基調講演1件、国内招待講演1件を含み、複数の学会において発表したほか、国際学術誌であるJ. Chem. Phys.誌において2編の発表を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

物理化学の理論分野で最も定評ある国際学術誌であるJ. Chem. Phys.誌において2編の発表を行い、1報についてとくに顕著な成果としてRapid Communicationで発表を行ったほか、国際基調講演1件、国内招待講演1件を行うなど、国内外で注目される成果を挙げていることから、おおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

上記のように、非平衡の濡れを伴う系の構築が順調に進行しており、また、1)については熱流体場の抽出法も確立でき、国際学術誌等で発表を行ったため、上記2)-3)の系について、解析を進めていく予定である。とくに壁面粗さが異なり平衡状態における接触角が同じとなる系は、マクロの流体力学では同一とみなされるにもかかわらず、ミクロでは異なる現象を示すことから、この点について着目しながら2)-3)の系での解析を進める予定である。

  • Research Products

    (18 results)

All 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Lyon 1(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      University of Lyon 1
  • [Journal Article] Equilibrium molecular dynamics evaluation of the solid-liquid friction coefficient: Role of timescales2023

    • Author(s)
      Oga Haruki、Omori Takeshi、Joly Laurent、Yamaguchi Yasutaka
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 159 Pages: 024701_1-11

    • DOI

      10.1063/5.0155628

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The receding contact line cools down during dynamic wetting2023

    • Author(s)
      Kusudo Hiroki、Omori Takeshi、Joly Laurent、Yamaguchi Yasutaka
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 159 Pages: 161102_1-7

    • DOI

      10.1063/5.0171769

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] ことばの力2023

    • Author(s)
      山口 康隆
    • Journal Title

      ながれ

      Volume: 42 Pages: 108-108

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ミクロの気液界面と熱力学・統計力学・流体力学2023

    • Author(s)
      山口 康隆
    • Journal Title

      ながれ

      Volume: 42 Pages: 61-69

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Nanoscale Wetting and Connection with Macroscopic Young's Equation through Mechanics and Thermodynamics2023

    • Author(s)
      Yasutaka Yamaguchi, Hiroki Kusudo and Haruki Oga
    • Organizer
      IUTAM Symposium on Dynamics and Interface Phenomena of Bubbles and Droplets at Multiple Scales
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Measurement of Solid-Liquid Friction Coefficient by Using Molecular Dynamics: Role of Timescale2023

    • Author(s)
      Haruki Oga, Takeshi Omori, Laurent Joly and Yasutaka Yamaguchi
    • Organizer
      8th Micro and Nano Flows Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thermal distinction in advancing and receding contact lines: Insight from MD simulation2023

    • Author(s)
      Hiroki Kusudo, Takeshi Omori, Laurent Joly and Yasutaka Yamaguchi
    • Organizer
      8th Micro and Nano Flows Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Work of adhesion and wetting of water droplets on hydroxylated silica surfaces2023

    • Author(s)
      Carlos Bistafa, Donatas Surblys, Hiroki Kusudo and Yasutaka Yamaguchi
    • Organizer
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Implications of Complex Surface Morphology on Estimating Interfacial Thermal Conductance via Molecular Dynamics2023

    • Author(s)
      Donatas Surblys, Tengyu Li, Haruki Oga, Yasutaka Yamaguchi and Taku Ohara
    • Organizer
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 接触線近傍からの定常蒸発を伴う非平衡分子動力学系の解析2023

    • Author(s)
      田窪 晴紀, 大賀 春輝, 山口 康隆
    • Organizer
      第37回数値流体力学シンポジウム
  • [Presentation] 準2次元的なメニスカスの三相界線におけるピニング力の分布に関する分子動力学解析2023

    • Author(s)
      松本 悠希, 大賀 春輝, ビスタファ カルロス, 山口 康隆
    • Organizer
      第37回数値流体力学シンポジウム
  • [Presentation] 濡れの分子動力学解析の進展2023

    • Author(s)
      山口 康隆
    • Organizer
      第72回高分子討論会
    • Invited
  • [Presentation] 二つの異なる液体間の力学的な界面張力と熱力学的な分離仕事:分子動力学解析による比較2023

    • Author(s)
      小川 澪, 大賀 春輝, 楠戸 宏城, 山口 康隆
    • Organizer
      日本流体力学会 年会2023
  • [Presentation] 分子動力学解析を用いた二つの異なる液体間の界面張力の力学的・熱力学的抽出法とその解釈2023

    • Author(s)
      小川 澪, 楠戸 宏城, 大賀 春輝, 山口 康隆
    • Organizer
      第60回日本伝熱シンポジウム
  • [Presentation] 線形応答理論に基づく平衡分子動力学系を用いた固体・液体間の滑り現象の再現とその応用2023

    • Author(s)
      大賀 春輝, 大森 健史, 山口 康隆
    • Organizer
      第60回日本伝熱シンポジウム
  • [Presentation] 固液界面張力およびその空間分布と固液相互作用の関係に関する分子動力学解析2023

    • Author(s)
      藤野 大成, 宮本 大悟, ビスタファ カルロス, 楠戸 宏城, 大賀 春輝, 山口 康隆
    • Organizer
      第60回日本伝熱シンポジウム
  • [Presentation] グラフェン表面の疎水的な欠陥におけるピニング力の解析2023

    • Author(s)
      ビスタファ カルロス, 楠戸 宏城, 山口 康隆
    • Organizer
      第60回日本伝熱シンポジウム

URL: 

Published: 2024-12-25  

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