界面相転移および不均一溶液の理論

• 研究課題/領域番号: 23340122
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理・化学物理
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 甲賀 研一郎 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (10315020)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円); 2013年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2012年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2011年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
• キーワード: 界面 / 溶液 / 液体 / 不均一流体 / 濡れ転移 / 統計力学 / 分子シミュレーション / 疎水性相互作用 / 浸透第２ビリアル係数 / 溶媒和 / 溶解度 / 疎水性水和 / 水 / 溶媒和熱力学

研究成果の概要

界面の濡れは一般に広く知られているが、その多様性の起源については未解明であった。私たちは解析的に計算が可能なモデルを構築し、どのような条件でどのような濡れ転移が起こるのかを明らかにした。さらに濡れ転移に対する熱ゆらぎの影響についても検討した。
水溶液中のメタン分子間に働く疎水性相互作用を精密に計算することに成功し、メタン分子の浸透第二ビリアル係数をこれまでにない精度で求めた。低温ではメタン分子間相互作用はむしろ斥力的であり、温度の上昇とともに引力的相互作用に変化することを明らかにした。その他、水の気液界面付近における疎水性分子の溶解度とその温度依存性を計算することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Local solubility of nonpolar molecules in the liquid-vapor interfaces of water and simple liquids (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiharu Abe and Kenichiro Koga
  • 雑誌名: Journal of Molecular Liquids 巻: 未定 ページ: 7-17
  • DOI: 10.1016/j.molliq.2014.02.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Renormalization group calculations for wetting transitions of infinite order and continuously varying order: Local interface Hamiltonian approach (2013)
  • 著者名/発表者名: J.O. Indekeu, K. Koga, Hans Hooyberghs, A.O. Parry
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 88 号: 2 ページ: 22122-22122
  • DOI: 10.1103/physreve.88.022122
  • 査読あり
• [雑誌論文] Osmotic Second Virial Coefficient of Methane in Water (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Koga
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 巻: 117 号: 41 ページ: 12619-12624
  • DOI: 10.1021/jp4085298
  • 査読あり
• [雑誌論文] Note on the Calculation of the Second Osmotic Virial Coefficient in Stable and Metastable Liquid States (2013)
  • 著者名/発表者名: B. Widom and K. Koga
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 117 号: 4 ページ: 1151-1154
  • DOI: 10.1021/jp311800p
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic functions as correlation-function integrals (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Koga and B. Widom
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 138 号: 11
  • DOI: 10.1063/1.4795498
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inclusion of Neon Inside Ice Ic and its Influence to the Ice Structure (2012)
  • 著者名/発表者名: L. Hakim,M. Matsumoto, K. Koga, and H. Tanaka
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 81(SA018) 号: Suppl.A ページ: 7-7
  • DOI: 10.1143/jpsjs.81sa.sa018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Model of Freezing Behavior of Liquid Monolayers Adsorbed in Cylindrical Pores (2012)
  • 著者名/発表者名: Kiharu Abe and Kenichiro Koga
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 81 号: Suppl.A ページ: SA021-SA021
  • DOI: 10.1143/jpsjs.81sa.sa021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diffusivity of Liquid Argon in Carbon Nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Akiyoshi and Kenichiro Koga
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 81 号: Suppl.A ページ: SA022-SA022
  • DOI: 10.1143/jpsjs.81sa.sa022
  • 査読あり
• [雑誌論文] How much does the core structure of a three-phase contact line contribute to the line tension near a wetting transition? (2011)
  • 著者名/発表者名: J.O.Indekeu, K.Koga, B.Widom
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 巻: 23 号: 19 ページ: 194101-194101
  • DOI: 10.1088/0953-8984/23/19/194101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wetting transitions of continuously varying or infinite order from a mean-field density-functional theory (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Koga, J.O.Indekeu, B.Widom
  • 雑誌名: Molecular Physics 巻: 109 号: 7-10 ページ: 1297-1311
  • DOI: 10.1080/00268976.2011.556095
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solvation of hydrophobes in water and simple liquids (2011)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Koga
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 13 号: 44 ページ: 19749-19758
  • DOI: 10.1039/c1cp22344e
  • 査読あり
• [学会発表] 生体系における水の役割：疎水効果を中心に (2012)
  • 著者名/発表者名: 甲賀 研一郎
  • 学会等名: 生命科学に取り組む異分野の融合と交流の推進 スーパーコンピュータ上「京」と生命科学
  • 発表場所: 岡山大学五十周年記念館 （岡山市）
  • 招待講演
• [学会発表] Do methane molecules attract each other in water? (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Koga
  • 学会等名: 6th Mini-Symposium on Liquids
  • 発表場所: 九州大学創立五十周年記念講堂大会議室 （福岡市）
• [学会発表] Hydrophobic solvation and the osmotic second virial coefficient (2012)
  • 著者名/発表者名: KOGA, KENICHIRO
  • 学会等名: Gordon Research Conferences: Water & Aqueous Solutions
  • 発表場所: Holderness School (New Hampshire, USA)
• [学会発表] 濡れ転移の多様性について (2012)
  • 著者名/発表者名: 甲賀 研一郎
  • 学会等名: 先端化学・材料技術部会 コンピュータケミストリ分科会 高分子シミュレーション技術セミナー 11月度例会
  • 発表場所: アイランドホテル 浦島 （愛知県 知多郡）
  • 招待講演
• [学会発表] Methane in cold and hot water (2012)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Koga
  • 学会等名: The Third Symposium in Commemoration of International Exchange Agreement Between Faculty of Science, University of Copenhagen and Graduate School of Natural Science and Technology, Okayama University
  • 発表場所: 岡山大学 理学部
  • 招待講演
• [学会発表] 溶液・界面の統計力学とシミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: 「第6回分子シミュレーションスクール-基礎から応用まで-」「TCCI ウィンターカレッジ -分子シミュレーション-」
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター2階 小会議室（岡崎市）
  • 招待講演
• [学会発表] Hydrophobes in Water/Water in Nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Koga
  • 学会等名: International Center for Quantum Materials (ICQM), PKU Weekly Seminar
  • 発表場所: Peking University (Beijing, China)
  • 招待講演
• [学会発表] A general view on solvation of apolar solutes in water and in simple liquids (2011)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: 5th Mini-Symposium on Liquids
  • 発表場所: 岡山大学創立五十周年記念館(岡山市)
• [学会発表] General View on Solvation in Water and Simple Liquids (2011)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: 第一回ソフトマター研究会
  • 発表場所: キャンパスプラザ京都(京都府)
• [学会発表] A General View on Hydrophobicity (2011)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: The Seventh Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics (ISTCP-VII)
  • 発表場所: 早稲田大学(東京都)(Invited talk)
• [学会発表] 疎水性水和の微視的描像のアンサンブル依存性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: 第63回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 京都大学・吉田キャンパス(京都府)(招待講演)
• [学会発表] 疎水性水和の熱力学 (2011)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: 2011年日本化学会西日本大会
  • 発表場所: 徳島大学工学部(徳島市)(招待講演)
• [学会発表] 疎水効果と4℃の水の関係 (2011)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: 第34回溶液化学シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学ES総合館ESホール(名古屋市)
• [学会発表] The osmotic second virial coefficient of hydrophobic solutes in aqueous solution
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Koga
  • 学会等名: Mini-symposium on liquids
  • 発表場所: 福岡市
  • 招待講演
• [学会発表] 浸透第2ビリアル係数でみる疎水性相互作用
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島市
• [学会発表] 疎水性相互作用の温度依存性について
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: ソフトマター研究会
  • 発表場所: 八王子市
• [学会発表] Demystifying the Hydrophobic Effect
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Koga
  • 学会等名: XLIII Winter Meeting on Statistical Physics
  • 発表場所: Taxco, Mexico
  • 招待講演
• [備考] Theoretical Physical Chemistry
  • URL: http://phys.chem.okayama-u.ac.jp/koga/Publication.html