| 研究課題/領域番号 |
21K03864
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 中部大学 |
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研究代表者 |
伊藤 高啓 中部大学, 工学部, 教授 (00345951)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 接触線 / 接触角 / 分子動力学 / ３次元測定 / 濡れ性 / 界面 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
液滴や液膜が固体面を濡れ拡がる際には，濡れ縁（固体と液体界面の交線，接触線と呼ぶ）の運動に伴い，固体と流体の界面とのなす角度である接触角が変化する．接触角の変化は界面形状全体に大きな影響を及ぼすため，これを明らかにすることは，細管内液滴輸送や液滴衝突，コーティング等で特に重要となる．本研究では，実用固体材料で避けることのできない表面欠陥や化学的不均一等の存在が接触線運動や接触角に与える影響を記述するモデルの開発を目的として，分子動力学的手法を用いた微視的界面形状の固体面条件依存性の解明，および，３次元同時界面形状測定手法を用いた巨視的界面の変形特性の明確化を行う．
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| 研究実績の概要 |
２０２２年度も３次元の界面形状測定と分子動力学解析を進めた．3次元の界面形状測定では，鉛直固体面を滑落する液滴を対象として，接触線の運動や界面変形の測定を行った．固体面にはガラスおよびアクリル板を用いた．ガラスの場合は液滴後方に必ず液膜が形成されたが，アクリルの場合は流量や試液の種類に依存して，液膜形成がなされる場合と単独の液滴での滑落とに分かれた．界面形状の測定データから，力学的なバランスについての評価を行い，液膜形成に関する条件を明確にした．また，動的接触角は接触線の直行方向の進行速度を接触線速度とみなすことで，おおむね一つの曲線上に全周のデータが集約された．また，速度との関係はHoffman-Voinov-Coxの式でよくフィッティングされた．
分子動力学解析は2021年度に導入を進めたOPLS-AAモデルを用いて，流体力学的に有用な知見を得るのに十分な統計性を持つ結果を得ることができた．計算は当初計画通り，Couette流れ体系を用いて行った．その結果．自己組織化単分子膜上のエチレングリコールの微視的・動的接触角の接触線速度に対する変化はおおむねレナードジョーンズ流体での計算と同オーダーであることがわかった．一方，接触線速度を大きくした場合は，接触線近傍の粘性湾曲が大きくなり，これが微視的接触角にも影響を与えていることを示唆する結果が得られた．また，固液相のみからなるCouette体系でも計算を行った結果，一定のせん断速度を超えると固液界面における滑りが急速に大きくなることも明らかとなった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
３次元界面形状測定では，力のバランスから液滴の運動を評価できる程度の精度を確保することができ，モデル化を進めるために必要なデータが得られつつある．また，分子動力学解析では，一つの条件下ながら，接触角の変化の傾向を明確に把握することができた．これらのことから，課題はおおむね順調に進展している判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
３次元形状測定では，引き続き，非均一面でのスティックスリップ現象のデータを得るとともに，運動接触線と接触角の関係および液滴形状のモデル化を進める．分子動力学解析では，自己組織化単分子膜を構成する分子の向きと接触線の進行方向の関係を調べる．また，分子の向きの境界における接触線の挙動についても調べる．
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