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ナノスケール動的濡れ現象の分子動力学解析

研究課題

研究課題/領域番号 14F04364
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 熱工学
研究機関東京大学

研究代表者

塩見 淳一郎  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40451786)

研究分担者 HUNG SHIH-WEI  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 外国人特別研究員
HUNG Shih-Wei  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2016年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2015年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2014年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
キーワード動的濡れ性 / 分子動力学 / ナノ表面構造 / 界面熱抵抗 / 動的濡れ現象
研究実績の概要

定常状態にある円形の液滴を基板に近づける過渡的なシミュレーション結果から接触線摩擦係数を計算した.はじめに,静的接触角とスリップ長を分子動力学計算より求め,これらを入力とした連続体計算と行った結果,仮に連続体計算の接触線摩擦をゼロとした場合でも分子動力学計算の濡れ速度が連続体計算のそれよりも速くなることが分かった. 次に,MKT理論を通じて分子動力学計算から直接的に接触線摩擦を求める手法を実践した結果,例えばグラフェン上ではOh数が1以下となり,慣性力が支配的になることがわかった.
各種平滑表面の液滴の濡れ半径を見ると,固体面の濡れ性によって動的濡れ挙動が明確に異なることがわかった.一方で,濡れ半径を平衡濡れ半径で規格化し,時間を慣性スケーリングで規格化すると濡れ半径の時系列は同一曲線状に一致した.これにより,本研究における濡れ現象は表面の濡れ性に依らず慣性支配であることがわかった.
さらに,欠陥を設けた表面上での,液滴の濡れ半径の時系列を調べた.欠陥は表面層のグラフェンに異なる大きさの四角形の穴を等数密度で空けることによってモデルした結果,下地が銅の場合は初期の濡れ挙動は欠陥の大きさに依存しないことが明らかになった.一方で,下地がグラファイトの場合は濡れ挙動が欠陥の大きさに依存することがわかった.
次に,金/SAM膜/水の系において界面熱輸送について,温度依存性のメカニズムを明らかにするべく,界面近傍の水の層構造や分子振動の状態密度の変化や異方性を評価した. SAMとの界面近傍の水の密度を詳細に評価したところ,撥水表面ではSAMと水の間に隙間が空いているため,分子の運動エネルギーによって空間に進入する水分子の数が大きく異なり,その結果密度が温度に強く依存することがわかった.一方,親水温度依存性は界面でのSAMと水の距離が近いため,密度は高止まりした.

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Mechanism of Temperature Dependent Thermal Transport across the Interface between Self-Assembled Monolayer and Water2016

    • 著者名/発表者名
      Shih-Wei Hung, Gota Kikugawa, Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry C

      巻: 120 号: 47 ページ: 26678-26685

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.6b09516

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Investigation of dynamic wetting on graphene using molecular dynamics simulations2017

    • 著者名/発表者名
      Shih-Wei Hung, Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      The 6th International Symposium on Micro and Nano Technology (ISMNT)
    • 発表場所
      Kyushu University (Fukuoka)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamic Wetting on Graphene-Coated Surface: Molecular Dynamics Investigation2015

    • 著者名/発表者名
      Shih-Wei Hung, Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      68th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
    • 発表場所
      Boston, MA (U.S.A.)
    • 年月日
      2015-11-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Control of thermal transport across a solid-liquid interface by using self-assembled monolayer2015

    • 著者名/発表者名
      Shih-Wei Hung, Junichiro Shiomi, Gota Kikugawa
    • 学会等名
      12th International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      仙台国際センター (仙台市青葉区)
    • 年月日
      2015-10-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] TIM材の研究の現状と課題2014

    • 著者名/発表者名
      塩見淳一郎
    • 学会等名
      伝熱学会・特定推進研究課題「ナノスケール伝熱機能発現とその応用への展望」 冬の学校
    • 発表場所
      ホテル白菊、大分県
    • 年月日
      2014-12-12 – 2014-12-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] http://www.phonon.t.u-tokyo.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] http://www.phonon.t.u-tokyo.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 熱エネルギー工学研究室

    • URL

      http://www.phonon.t.u-tokyo.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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