2014 Fiscal Year Research-status Report
固体表面における水分子の散乱機構の解明－ナノ流路内の水蒸気輸送解析に向けて－
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25820040
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
杵淵 郁也 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (30456165)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 分子流体力学 / 希薄気体力学 / マイクロ気体流れ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に実施した分子線散乱実験により，シリコン表面における水分子の散乱挙動は入射並進エネルギーに依存して顕著に変化することが明らかになった．散乱による気体分子と固体表面との運動量交換を評価したところ，室温の気体分子が持ち得る狭いエネルギー範囲であっても，接線方向運動量適応係数が入射速度に強く依存し，その傾向はグラファイト表面の場合と逆になることが明らかになった．
本年度は，接線方向運動量適応係数の入射速度依存性が，シリコン表面とグラファイト表面において逆の傾向を示す理由を明らかにするために，前年度に引き続いて分子線散乱実験によるデータ取得を進めるとともに，分子動力学シミュレーションによる散乱機構の検討を行った．
分子線散乱実験については，分子線源に不具合が発生し修理に時間を要したことから，当初計画していたデータの取得および解析を行うことができなかったため，事業期間を延長して対応することとした．装置の修理はすでに完了しており，平成27年度中にデータの取得と解析を実施できる見込みである．
分子動力学シミュレーションに関しては，ReaxFFポテンシャルモデル(Manzano et al., J. Am. Chem. Soc., 2012)を用いて，水素原子およびヒドロキシル基により終端されたシリコン(100)面に入射する水分子の散乱を計算した．その結果，水分子の表面への吸着確率が過大になっており，実現象を再現するためにはポテンシャルモデルの見直しが必要であることが確認された．対応策として，電荷移動を考慮したポテンシャルモデル(Cole et al., J. Chem. Phys., 2007)のシミュレーションコードへの実装を進めている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成25年度に取得したデータをより詳細に検討することにより，表面の違いが散乱挙動に与える影響に関して一定の知見を得ることができた．しかし，分子線源に不具合が発生し修理に時間を要したことから，実験データの取得と解析に遅れが生じている．以上を踏まえ，現在までの達成度は「やや遅れている」と判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初予定していた実験データの取得と解析を行うために，事業期間を延長することにした．不具合が発生していた分子線源の修理は完了しており，実験が再開できる状態にある．分子線散乱実験に加えて，新たに開発した分子動力学シミュレーションコードを用いた解析と比較検討を行うことで，散乱機構について踏み込んだ議論ができるものと考えている．
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| Causes of Carryover |
使用する装置に不具合が生じ，予定していた実験が実施できなかったため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
分子線散乱実験のための物品購入と，成果発表のための旅費として使用する．
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