2014 Fiscal Year Research-status Report
水を含む二成分混合系の静的および動的な濡れのメカニズムの分子スケール解析
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25420123
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山口 康隆 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30346192)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 分子シミュレーション / 濡れ / 液滴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルゴンで構成される液滴の固体壁面上における動的な濡れ広がり過程，および水とアルコール混合物で構成される液滴の平衡状態における濡れについて，いずれも分子動力学法を用いた解析を行った．前者については，アンサンブル平均の手法を適用することで，液滴内の密度，速度，応力の空間分布を抽出することに成功した．特に本研究で用いた系では，固体壁面上での流体がマクロスケールと異なり，固体壁面に対して大きな速度すべりを有することが確認された．また，前期の空間分布は連続体としての流体力学の基礎方程式を記述する基礎的な物理量であり，これらが全て抽出できたことにより，ミクロスケールの分子挙動とマクロスケールの流体力学的な挙動の接続に必要なものが揃ったことになる．この結果について，国際会議において2回の発表，国内会議において3回の発表を行った．
一方，後者については，水―メタノール系，および水―イソプロピルアルコール系のシミュレーションを前年度までに実施したが，これらの系の混合状態が異なることから，界面の評価に表面過剰量を指標とすることを提案し，これを基準として準一次元系を構成することで，液滴内の界面張力を適切に見積もることができることを示した．特に固液界面張力については，新たにphantom-wall法により界面自由エネルギーを評価する方法を導入し，2つの方法による固液界面張力を比較したところ，これらが大きく異ならないことを示した．この結果について，国際会議において1回の発表，国内会議において1回の発表を行った．特に国際会議発表においてはBest Poster Awardを受賞した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前述のように，本研究で対象とする系であるアルゴンで構成される液滴の固体壁面上における動的な濡れ広がり過程，および水とアルコール混合物で構成される液滴の平衡状態における濡れについて，いずれも適切なシミュレーションにより結果が得られることが確認されており，既に詳細な解析が行われている．この結果を複数の国際学会において発表と論文投稿を行ったほか，複数の国内学会においても発表を行っており，特に後者については国際学会においてBest Poster Awardを受賞するなどの高い評価を得るなど，おおむね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
おおむね順調に研究課題を実施しており，研究実績の概要で述べた前者のアルゴン液滴の濡れ広がりの系については，密度，速度，応力の情報から流体力学的なモデリングを行う予定にしている．後者については，現在行っている単純なモデル壁面から実在壁面への展開を予定しているが，関連してphantom-wall法による固液界面エネルギーの評価についてさらに考察を深めるため，特任研究員（経費は別途）を本分野で先進的な研究を行っているドイツ，ダルムシュタット工科大学に派遣し，共同研究を行うことを予定している．
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