局所破断面のイオン流動に関する量子・分子動力学法の展開

• 研究課題/領域番号: 23686032
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 土井 謙太郎 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (20378798)
• 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: 23,270千円 (直接経費: 17,900千円、間接経費: 5,370千円); 2014年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2013年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2012年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2011年度: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)
• キーワード: 分子流体力学 / マイクロ・ナノデバイス / 数値解析 / 流体工学 / 量子分子動力学法 / 計算物理 / イオン流動 / 数理モデル / 可視化

研究成果の概要

本研究では，量子・分子流体科学の分野において独創技術の提案と基礎研究を行った．一つに，局所破断面に見られる微細流路に生じるイオンと分子の流動現象の計測と理論的検証を行った．局所的にイオンが遍在することが実現されれば，2 V程度の印加電圧で生じる弱い電場でも電気流体力学的流れが生成することが見出された．一方，化学反応系に見られる分子運動に伴う電荷移動の効果を分子流体力学に考慮するため，分子軌道に基づく電子波動関数の時間発展を試み，計算効率の改善について考察した．さらに，対称性を考慮することによるBurnsideの補題に基づいた状態数の数え上げに着目し，量子分子動力学法への適用を検討した．

研究成果

• [雑誌論文] Electrohydrodynamic Flow through a 1 mm2 Cross-Section Pore Placed in an Ion-Exchange Membrane (2015)
  • 著者名/発表者名: Kentaro DOI, Ayako YANO, and Satoyuki KAWANO
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 119 号: 1 ページ: 228-237
  • DOI: 10.1021/jp5071538
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Electrohydrodynamic Flow through a Pore in Ion-Exchange Membrane (2015)
  • 著者名/発表者名: Ayako YANO, Kentaro DOI, and Satoyuki KAWANO
  • 雑誌名: International Journal of Chemical Engineering and Applications 巻: 6 ページ: 254-257
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Theoretical Model of Overpotential at Interfaces in Polymer Electrolyte Fuel Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Kentaro DOI, Hiroki HASHIZUME, and Satoyuki KAWANO
  • 雑誌名: International Journal of Chemical Engineering and Applications 巻: 6 ページ: 243-249
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical Study on Current-Voltage Characteristics of Oxygen Reduction Reaction near Platinum Surfaces (2015)
  • 著者名/発表者名: Sawanya SUWANNAWONG, Kentaro DOI, and Satoyuki KAWANO
  • 雑誌名: International Journal of Chemical Engineering and Applications 巻: 6 ページ: 237-242
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical Study of the Transpore Velocity Control of Single-Stranded DNA (2014)
  • 著者名/発表者名: Weixin QIAN, Kentaro DOI, Satoshi UEHARA, Kaito MORITA, and Satoyuki KAWANO
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 15 号: 8 ページ: 13817-13832
  • DOI: 10.3390/ijms150813817
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nonequilibrium Ionic Response of Biased Mechanically Controllable Break Junction (MCBJ) Electrodes (2014)
  • 著者名/発表者名: Kentaro DOI, Makusu TSUTSUI, Takahito OHSHIRO, Chih-Chun CHIEN, Michael ZWOLAK, Masateru TANIGUCHI, Tomoji KAWAI, Satoyuki KAWANO, and Massimiliano Di VENTRA
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 118 号: 7 ページ: 3758-3765
  • DOI: 10.1021/jp409798t
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA Manipulation and Separation in Sublithographic-Scale Nanowire Array (2013)
  • 著者名/発表者名: Takao YASUI, Sakon RAHONG, Koki MOTOYAMA, Takeshi YANAGIDA, Qiong WU, Noritada KAJI, Masaki KANAI, Kentaro DOI, Kazuki NAGASHIMA, Masanobu TOKESHI, Masateru TANIGUCHI, Satoyuki KAWANO, Tomoji KAWAI, and Yoshinobu BABA
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 7 号: 4 ページ: 3029-3035
  • DOI: 10.1021/nn4002424
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical Study on Physicochemical Aspects of Single Molecular Junction: Application to the Bases of ssDNA (2013)
  • 著者名/発表者名: Pawel SZAREK, Sawanya SUWANNAWONG, Kentaro DOI, and Satoyuki KAWANO
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 117 号: 20 ページ: 10809-10817
  • DOI: 10.1021/jp402414n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-Assembly of 50 bp poly(dA)・poly(dT) DNA on Highly Oriented Pyrolytic Graphite via Atomic Force Microscopy Observation and Molecular Dynamics Simulation (2013)
  • 著者名/発表者名: Kentaro DOI, Hiroshi TAKEUCHI, Ryosuke NII, Shingo AKAMATSU, Toshiya KAKIZAKI, and Satoyuki KAWANO
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 139 号: 8
  • DOI: 10.1063/1.4818595
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reaction-Diffusion Wave Model for Self-Assembled Network Formation of Poly(dA)・Poly(dT) DNA on Mica and HOPG Surfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: Kentaro DOI, Yukihiro TOYOKITA, Shingo AKAMATSU, and Satoyuki KAWANO
  • 雑誌名: Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering 巻: iFirst article 号: 6 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1080/10255842.2012.723701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissociative Adsorption of H2 Molecules on Steric Graphene Surface: Ab Initio MD Study based on DFT (2012)
  • 著者名/発表者名: Kentaro DOI, Ikumi ONISHI, and Satoyuki KAWANO
  • 雑誌名: Computational and Theoretical Chemistry 巻: 994 ページ: 54-64
  • DOI: 10.1016/j.comptc.2012.06.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical Study of Electric Current in DNA Base Molecules Trapped between Nanogap Electrodes (2012)
  • 著者名/発表者名: Kentaro DOI, Yuki NISHIOKA, and Satoyuki KAWANO
  • 雑誌名: Computational and Theoretical Chemistry 巻: 999 ページ: 203-214
  • DOI: 10.1016/j.comptc.2012.08.039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of polymer structures based on Burnside's lemma (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Doi, K.Kato, S.Kawano
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: Vol.84 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreve.84.011805
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical Model of Nanoparticle Detection Mechanism in Microchannel with Gating Probe Electrodes (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Doi, M.Ueda, S.Kawano
  • 雑誌名: Journal of Computational Science and Technology 巻: 5 号: 2 ページ: 78-88
  • DOI: 10.1299/jcst.5.78
  • NAID: 130000791941
  • ISSN: 1881-6894
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ab initio molecular dynamics of H_2 dissociative adsorption on graphene surface (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Doi, I.Onishi, S.Kawano
  • 雑誌名: CMES : Computer Modeling in Engineering & Sciences 巻: Vol.77 ページ: 113-136
  • 査読あり
• [学会発表] イオン交換膜を介したEHD流れの可視化および電気計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 矢野絢子，土井謙太郎，川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会 関西支部 第90期定時総会講演会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-17
• [学会発表] Theoretical Study on Current-Voltage Characteristics of Oxygen Reduction Reaction near Platinum Surfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: Sawanya SUWANNAWONG, Kentaro DOI, and Satoyuki KAWANO
  • 学会等名: 2014 3rd International Conference on Chemical Science and Engineering (ICCSE2014)
  • 発表場所: Phuket, Thailand
  • 年月日: 2014-12-27 – 2014-12-28
• [学会発表] A Theoretical Model of Overpotential at Interfaces in Polymer Electrolyte Fuel Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Kentaro DOI, Hiroki HASHIZUME, and Satoyuki KAWANO
  • 学会等名: 2014 3rd International Conference on Chemical Science and Engineering (ICCSE2014)
  • 発表場所: Phuket, Thailand
  • 年月日: 2014-12-27 – 2014-12-28
• [学会発表] Observation of Electrohydrodynamic Flow through a Pore in Ion-Exchange Membrane (2014)
  • 著者名/発表者名: Ayako YANO, Kentaro DOI, and Satoyuki KAWANO
  • 学会等名: 2014 3rd International Conference on Chemical Science and Engineering (ICCSE2014)
  • 発表場所: Phuket, Thailand
  • 年月日: 2014-12-27 – 2014-12-28
• [学会発表] 電解質溶液におけるイオンと分子の流動現象 (2014)
  • 著者名/発表者名: 土井謙太郎
  • 学会等名: 日本機械学会 関西支部 第15回秋季技術交流フォーラム
  • 発表場所: 兵庫県立大学
  • 年月日: 2014-11-01
  • 招待講演
• [学会発表] 基板表面の影響を受ける自己集合化パターン形成の反応拡散モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 土井謙太郎，川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会 第92期流体工学部門講演会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2014-10-25 – 2014-10-26
• [学会発表] 電解質溶液におけるイオン流動現象の可視化観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢野絢子，土井謙太郎，川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会 第92期流体工学部門講演会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2014-10-25 – 2014-10-26
• [学会発表] DNAの自己集合化構造における断片長の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 土井謙太郎，松岡理人，新居良介，川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会 2014年度年次大会
  • 発表場所: 東京電機大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 電解質溶液における非定常イオン流の可視化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢野絢子，土井謙太郎，川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会 2014年度年次大会
  • 発表場所: 東京電機大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 対称性を有する表面におけるパターン形成の反応拡散モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 土井謙太郎，新居良介，川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第89期定時総会講演会
  • 発表場所: 大阪府立大学中百舌鳥キャンパス
• [学会発表] Ab Initio Approach to Current-Voltage Characteristics of DNA Base Molecules (2013)
  • 著者名/発表者名: Sawanya SUWANNAWONG, Pawel SZAREK, Kentaro DOI, and Satoyuki KAWANO
  • 学会等名: The 4th TSME International Conference on Mechanical Engineering
  • 発表場所: Pattaya, Thailand
• [学会発表] Theoretical Study of Nonequilibrium Ion Transport near Biased Electrode (2013)
  • 著者名/発表者名: Kentaro DOI, Makusu TSUTSUI, Takahito OHSHIRO, Masateru TANIGUCHI, Tomoji KAWAI, Massimiliano DI VENTRA, and Satoyuki KAWANO
  • 学会等名: The 4th TSME International Conference on Mechanical Engineering
  • 発表場所: Pattaya, Thailand
• [学会発表] Dynamics and Self-Assembled Pattern Formation of Short DNA Fragments (2013)
  • 著者名/発表者名: Kentaro DOI, Ryosuke NII, Hiroshi TAKEUCHI, and Satoyuki KAWANO
  • 学会等名: Tenth International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: Sendai, Japan
• [学会発表] Langevin Dynamics Simulation of Single-Stranded DNA Translocation though Nanopore in External Non-Uniform Electric Field (2013)
  • 著者名/発表者名: Weixin QIAN, Kentaro DOI, and Satoyuki KAWANO
  • 学会等名: The 15th International Conference on Biomedical Engineering
  • 発表場所: Singapore National University, Singapore
• [学会発表] Fractal Dimension of Self-Assembled 50 bp Poly(dA)・Poly(dT) DNA on HOPG Surface (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke NII, Hiroshi TAKEUCHI, Kentaro DOI, and Satoyuki KAWANO
  • 学会等名: The 15th International Conference on Biomedical Engineering
  • 発表場所: Singapore National University, Singapore
• [学会発表] Theoretical Study of Non-Equilibrium Ionic Response near Electrode Surface (2013)
  • 著者名/発表者名: Kentaro DOI, Makusu TSUTSUI, Takahito OHSHIRO, Masateru TANIGUCHI, Tomoji KAWAI, Massimiliano DI VENTRA, and Satoyuki KAWANO
  • 学会等名: The 15th International Conference on Biomedical Engineering
  • 発表場所: Singapore National University, Singapore
• [学会発表] ナノ流路におけるDNAの電気泳動に関する粗視化分子動力学解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 銭偉欣，森田介斗，土井謙太郎，川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会2013年度年次大会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス
• [学会発表] 微小電極表面におけるイオン電流の過渡応答に関する理論モデル (2013)
  • 著者名/発表者名: 土井謙太郎，筒井真楠，大城敬人，谷口正輝，川合知二，川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会2013年度年次大会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス
• [学会発表] poly(dA)・poly(dT)DNA断片による自己集合化ネットワーク形成のダイナミクス (2013)
  • 著者名/発表者名: 土井謙太郎，新居良介，竹内博，松岡理人，川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会 第91期 流体工学部門講演会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
• [学会発表] Application of Reaction-Diffusion Wave to Self-Assembled Network Structures of DNA (2012)
  • 著者名/発表者名: Kentaro DOI, Yukihiro TOYOKITA, and Satoyuki KAWANO
  • 学会等名: The 10th International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] Molecular Dynamics Simulations for DNA Deformations Affected by Nanopillars with Applied Electric Voltages (2012)
  • 著者名/発表者名: Kaito MORITA, Kentaro DOI, Sakon RAHONG, Takeshi YANAGIDA, Tomoji KAWAI, and Satoyuki KAWANO
  • 学会等名: The 10th International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] Coarse-Grained Molecular Dynamics Simulations of Self-Assembled DNA Structures on HOPG surfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi TAKEUCHI, Ryosuke NII, Kentaro DOI, and Satoyuki KAWANO
  • 学会等名: The 10th International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] リチウムイオンと極性溶媒分子の相互作用に関する粗視化モデルの構築および評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西山裕太，土井謙太郎，川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
• [学会発表] 陽イオンに覆われたHOPG基板上でのDNA自己集合化に関する分子動力学解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 新居良介，竹内博，土井謙太郎，川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
• [学会発表] 極性溶媒分子との相互作用を考慮したリチウムイオン流動の理論モデルと分子流動解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 土井謙太郎, 川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会2011年度年次大会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス(東京都)
  • 年月日: 2011-09-14
• [学会発表] 配向性を有する鎖状高分子の力場決定に対する群論の応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 土井謙太郎, 川野聡恭
  • 学会等名: 流体力学会年会2011
  • 発表場所: 首都大学東京南大沢キャンパス(東京都)
  • 年月日: 2011-09-09
• [学会発表] Development of an Electron Scattering Model to Detect Differences in DNA Base Molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Nishioka, K.Doi, S.Kawano
  • 学会等名: ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011
  • 発表場所: ACT City Congress Center Shizuoka, Japan
  • 年月日: 2011-07-25
• [学会発表] Improvement of Proton Conduction in PEFC by Applying External Perturbations (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Hashizume, K.Doi, S.Kawano
  • 学会等名: ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011
  • 発表場所: ACT City Congress Center Shizuoka, Japan
  • 年月日: 2011-07-25
• [学会発表] Theoretical Development of Predicted Iteration Method for Considering Electron Dynamics in Quantum Molecular Dynamics (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Doi, S.Kawano
  • 学会等名: ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011
  • 発表場所: ACT City Congress Center Shizuoka, Japan
  • 年月日: 2011-07-25
• [備考] 大阪大学基礎工学研究科機能創成専攻川野研究室
  • URL: http://bnf.me.es.osaka-u.ac.jp/
• [備考] 大阪大学基礎工学研究科機能創成専攻川野研究室
  • URL: http://bnf.me.es.osaka-u.ac.jp
• [備考]
  • URL: http://bnf.me.es.osaka-u.ac.jp/