| 研究課題/領域番号 |
22K03553
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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13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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| 研究機関 | 大分大学 |
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研究代表者 |
岩下 拓哉 大分大学, 理工学部, 准教授 (30789508)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023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)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 水 / シリコン / シリカ / イオン液体 / 1,2,3 Triazole / 電気伝導度 / 粘度 / 水溶液 / 分子動力学シミュレーション / 局所構造緩和 / 液体 / 分子性液体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
液体の粘度や誘電率のような輸送係数は，液体内部の分子運動の特性を反映している．どのように分子が運動しているのか？本研究目的は，計算機と実験データを融合し，分子性液体のミクロな緩和過程を離散化し，マクロな輸送係数との接続原理を解明することである．目的を達成するために，計算機を用いて，双極子モーメント，局所応力，局所構造量を計算し，物理量の多変量時系列データを作成する．次に，機械学習における異常検知手法や主成分分析を用いて，多変量時系列データを離散化データへと変換し，緩和過程の相互相関や実験データとの接続機構を解明をする．本研究により，液体の物理学が格段に発展することが期待される．
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| 研究実績の概要 |
分子性液体の粘度の微視的起源と局所構造緩和の関係性を調べるために，水のモデルであるTIP3P/Ewを用いて分子シミュレーションを行い，そのデータから計算した実時間・実空間相関関数の挙動を精査した．これは分子のミクロな局所構造緩和を実験的に調べる有効な測定量である．そのデータから中性子散乱における散乱長の重みをつけた相関関数を計算し，中性子散乱の実験データと比較した．実験的に見出される中距離相関の長時間緩和の存在について調べたが，実験で観測されたような特異な振る舞いは観測されなかった．このシミュレーションデータ解析は，中性子散乱実験データの解析における水分子の自己相関の取り扱いが不十分である可能性を示唆している．結果，実験とシミュレーションとの差異を明確にするべく，実験データ解析をより注意深く検証する必要があることがわかった．また，長時間の挙動では，自己相関と他粒子相関の時間変化の挙動は負号を除いてお互いに同じであり，それらを足し合わせると互いにキャンセルして相殺されることがわかった．
さらに，令和5年度に計算したシリコン，シリカ，水，塩水に加えて，新たにイオン液体の粘度挙動を研究対象として加え，液体状態の1,2,3 Triazoleの粘度測定や電気伝導度の測定を行い，液体ー結晶の熱力学的な相図作成やガラス的挙動を観測した．また，非弾性X線散乱実験のデータ解析からのイオン液体ー結晶に関連した挙動を観測し，ミクロな運動に対する知見を深めた．また，高温液体の粘度の温度依存性からその活性化エネルギーを見積もり，電気伝導度から得られる活性化エネルギーとの比較を行った．
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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
粘度と局所構造変化の関係を見出すために，実時間実空間相関関数の振る舞いを精査し，また，イオン液体をターゲットとして物性測定まで行うことができたので、順調に研究が進展していると判断できる．
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は，前年度に準備しておいた塩水のデータ解析を行う十分な時間を取ることができなかったために，そのデータ解析について取り組む．
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