• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

界面活性剤分子の自己集合によるトムズ効果メカニズムの分子論的解明

研究課題

研究課題/領域番号 17K14610
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 熱工学
研究機関慶應義塾大学 (2019)
近畿大学 (2017-2018)

研究代表者

荒井 規允  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (80548363)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワード界面活性剤 / ミセル / 自己集合 / 抵抗低減 / 分子シミュレーション / 界面活性剤水溶液 / 固液界面 / 並列化 / マイクロ・ナノデバイス / 化学工学 / 制限領域
研究成果の概要

トムズ効果の分子論的なメカニズムを調べるため,分子シミュレーションをを用いて,円管流れ下における界面活性剤水溶液の挙動を再現,解析を行った.管の内壁が親水的な性質の場合,界面活性剤の濃度にかかわらずシアーシニングが観察され,一方,疎水的な性質の場合ニュートン流体のような振る舞いとシアーシックニングが観察されることを示した.さらに管径を広げ,乱流領域および層流から乱流への遷移領域における界面活性剤水溶液の振る舞いを再現した.棒状ミセルが管の中心付近に集まったようなせん断誘起構造が観察され,その変化が抵抗低減に影響を与えていることが示唆された.

研究成果の学術的意義や社会的意義

界面活性剤水溶液の粘度と自己集合構造の関係性を分子スケールで明らかにした.また円管内壁の化学的性質を変えることで,界面活性剤が形成する集合構造が変化し,結果として粘度の制御が可能であることを示した.抵抗低減効果は流れの状態(層流,乱流,遷移領域)に大きく依存したため,集合構造の振る舞いが関与している可能性がある.また水溶液内で特殊な自己集合構造を形成する物質として,Janus粒子系についても粒子デザインやアスペクト比,濃度をパラメータとして,自己集合構造と粘性挙動の関係を調べた.その結果,様々な自己集合構造が形成されたものの,粘度については集合体の平均会合数のみで見積もれることを明らかにした.

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 1件、 査読あり 14件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 7件、 招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] A biointerface effect on the self-assembly of ribonucleic acids: a possible mechanism of RNA polymerisation in the self-replication cycle2020

    • 著者名/発表者名
      Arai Noriyoshi、Kobayashi Yusei、Yasuoka Kenji
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 12 号: 12 ページ: 6691-6698

    • DOI

      10.1039/c9nr09537c

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polymorphic transitions mediated by surfactants in liquid crystal nanodroplet2019

    • 著者名/発表者名
      Tsujinoue Hiroaki、Inokuchi Takuya、Arai Noriyoshi
    • 雑誌名

      Liquid Crystals

      巻: 46 号: 9 ページ: 1428-1439

    • DOI

      10.1080/02678292.2019.1573326

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Predominant Factor Determining Thermal Conductivity Behavior of Nanofluid: Effect of Cluster Structures with Various Nanoparticles2019

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yusei、Arai Noriyoshi
    • 雑誌名

      Journal of The Electrochemical Society

      巻: 166 号: 9 ページ: B3223-B3227

    • DOI

      10.1149/2.0341909jes

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Replica exchange dissipative particle dynamics method on threadlike micellar aqueous solutions2019

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yusei、Nomura Kentaro、Kaneko Toshihiro、Arai Noriyoshi
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 32 号: 11 ページ: 115901-115901

    • DOI

      10.1088/1361-648x/ab579c

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Programmed self-assembly of tetrapod nanoparticles with an amphiphilic surface pattern: the effect of arm length and hydrophobic ratio2019

    • 著者名/発表者名
      Araki Yusuke、Kobayashi Yusei、Arai Noriyoshi
    • 雑誌名

      Molecular Systems Design & Engineering

      巻: 4 号: 6 ページ: 1095-1102

    • DOI

      10.1039/c9me00112c

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Predicting molecular ordering in a binary liquid crystal using machine learning2019

    • 著者名/発表者名
      Inokuchi Takuya、Okamoto Ryosuke、Arai Noriyoshi
    • 雑誌名

      Liquid Crystals

      巻: 47 号: 3 ページ: 438-448

    • DOI

      10.1080/02678292.2019.1656293

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polymodal rheological behaviors induced by self-assembly of surfactants confined in nanotubes2019

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yusei、Arai Noriyoshi
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Liquids

      巻: 274 ページ: 328-337

    • DOI

      10.1016/j.molliq.2018.10.141

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-assembly of peptide amphiphiles by vapor pressure osmometry and dissipative particle dynamics2018

    • 著者名/発表者名
      Seki Taiga、Arai Noriyoshi、Suh Donguk、Ozawa Taku、Shimada Tomoko、Yasuoka Kenji、Hotta Atsushi
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 8 号: 47 ページ: 26461-26468

    • DOI

      10.1039/c8ra04692a

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multiscale prediction of functional self-assembled materials using machine learning: high-performance surfactant molecules2018

    • 著者名/発表者名
      Inokuchi Takuya、Li Na、Morohoshi Kei、Arai Noriyoshi
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 10 号: 34 ページ: 16013-16021

    • DOI

      10.1039/c8nr03332c

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-assembly of surfactant aqueous solution confined in a Janus amphiphilic nanotube2017

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yusei、Arai Noriyoshi
    • 雑誌名

      Molecular Simulation

      巻: 43 号: 13-16 ページ: 1153-1159

    • DOI

      10.1080/08927022.2017.1319060

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Liquid-crystal ordering mediated by self-assembly of surfactant solution confined in nanodroplet: a dissipative particle dynamics study2017

    • 著者名/発表者名
      Inokuchi Takuya、Arai Noriyoshi
    • 雑誌名

      Molecular Simulation

      巻: 43 号: 13-16 ページ: 1218-1226

    • DOI

      10.1080/08927022.2017.1356459

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theory of nanobubble formation and induced force in nanochannels2017

    • 著者名/発表者名
      Arai Noriyoshi、Koishi Takahiro、Ebisuzaki Toshikazu
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 96 号: 4 ページ: 042802-042802

    • DOI

      10.1103/physreve.96.042802

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Understanding a molecular motor walking along a microtubule: an asymmetric Brownian motor driven by bubble formation with a focus on binding affinity2017

    • 著者名/発表者名
      Hojo Masakazu、Arai Noriyoshi、Ebisuzaki Toshikazu
    • 雑誌名

      Molecular Simulation

      巻: 44 号: 7 ページ: 523-529

    • DOI

      10.1080/08927022.2017.1393812

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dissipative particle dynamics simulation of the relaxation behaviour of a triblock copolymer supramolecular network2017

    • 著者名/発表者名
      Wakimoto Kohei、Sasaki Hiroshi、Arai Noriyoshi
    • 雑誌名

      Molecular Simulation

      巻: 44 号: 7 ページ: 534-539

    • DOI

      10.1080/08927022.2017.1403027

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Dissipative particle dynamics simulation for viscosity behavior induced by self-assembly of surfactants confined in nanotubes2019

    • 著者名/発表者名
      Yusei Kobayashi, Noriyoshi Arai
    • 学会等名
      DPG Spring Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子シミュレーションとAIを利用したソフトマター材料の物性予測2019

    • 著者名/発表者名
      荒井規允
    • 学会等名
      技術情報協会 計測インフォマティクスのデータ解析とその事例
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子シミュレーションとAIを利用したソフトマター材料の物性予測~効果的な材料開発へ向けて~2019

    • 著者名/発表者名
      荒井規允
    • 学会等名
      技術情報協会 マテリアルズ・インフォマティクスにおけるAI、機械学習の活用事例と材料開発への応用
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ソフトマター材料のための分子シミュレーションと機械学習を組み合わせた物性予測2019

    • 著者名/発表者名
      荒井規允
    • 学会等名
      新化学技術推進協会 ライフサイエンス技術部会 材料分科会 講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dissipative particle dynamics simulation for viscosity behaviors and Self-assembly of surfactants aqueous solution under pipe flow2019

    • 著者名/発表者名
      Yusei Kobayashi, Noriyoshi Arai
    • 学会等名
      The 5th International Conference on Molecular Simulation
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 散逸粒子動力学法を用いた管内流れにおける界面活性剤分子の自己集合構造と粘性挙動2019

    • 著者名/発表者名
      五明寛貴, 小林祐生, 荒井規允
    • 学会等名
      第33回分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Combination of Machine Learning and Coarse-Grained Molecular Simulation for High-Performance Surfactant Materials2019

    • 著者名/発表者名
      Noriyoshi Arai
    • 学会等名
      The 2nd Pacific Rim Thermal Engineering Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 粗視化分子シミュレーションを用いた円管内における界面活性剤水溶液の自己集合と粘性挙動2019

    • 著者名/発表者名
      荒井規允
    • 学会等名
      日本伝熱学会関西支部 第25期 第3回講演討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dissipative Particle Dynamics Simulation for Self-assembly and Rheological Properties of Surfactant Aqueous Solution in Nanotubes2018

    • 著者名/発表者名
      Y Kobayashi and N. Arai
    • 学会等名
      The 7th Pacific Rim Conference on Rheolog
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 散逸粒子動力学法を用いた界面活性剤水溶液の管内流れと自己集合に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      小林祐生,荒井規允
    • 学会等名
      日本機械学会2018年度年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Self-Assembly and Rheological Properties of Nanofluids -A Dissipative Particle Dynamics Study-2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kobayashi and N. Arai
    • 学会等名
      International Conference "Dynamics of Systems on the Nanoscale"
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 散逸粒子動力学法を用いたナノチューブ内における界面活性剤水溶液の管内流れ下の振る舞い ~壁面の化学的性質による自己集合・粘性挙動の違い~2018

    • 著者名/発表者名
      小林祐生,荒井規允
    • 学会等名
      J-OCTAユーザー会議2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 散逸粒子動力学法を用いたナノチューブ内における界面活性剤分子の自己集合構造と粘性挙動2018

    • 著者名/発表者名
      小副川譲二,小林祐生,荒井規允
    • 学会等名
      第32回分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Dissipative particle dynamics simulation for self-assembly and rheological properties of nanofluids2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kobayashi and N. Arai
    • 学会等名
      6th International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-Assembly and Viscosity Behavior of Surfactant Aqueous Solution Confined in a Janus and Uniform Nanotubes2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kobayashi and N. Arai
    • 学会等名
      The 9th JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 粗視化分子シミュレーションを用いたナノチューブ内における界面活性剤水溶液の自己集合と粘性挙動2017

    • 著者名/発表者名
      小林祐生,荒井規允
    • 学会等名
      日本機械学会2017年度年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [図書] 界面活性剤の選び方、使い方 事例集2019

    • 著者名/発表者名
      技術情報協会編集, 堀内照夫ら計69名執筆
    • 総ページ数
      586
    • 出版者
      技術情報協会
    • ISBN
      4861047536
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi