| 研究概要 |
過冷却水中に氷核が発現する過程について,分子動力学法を用いたシミュレーションおよび異物質混入による実験を行い,過冷却水の凝固を制御する上で重要な研究課題の一つである、不均質核生成と異物質表面の分子配置・表面形状との関係および氷核発生温度の予測方法を明らかにした.研究実績の主な内容は,以下の通りである.
1.分子動力学法を用いたシミュレーションにより、格子寸法の異なる2種類の六方昌系金属に氷を接触させる実験を行い,氷の安定性を調べることにより、格子寸法の違いによる影響を検討した.その結果,金属の格子間隔は水の凝固に大きく影響を及ぼし、特に、氷の格子間隔に近いものの方が核生成に与える影響力の大きくなることを明らかにした.
2.界面形状の異なる面を用いたシミュレーションを行い,不均質物質の界面の立体的な構造の違いが氷核生成に及ぼす影響について検討した.その結果、突起の存在は水氷の凝固に影響を及ぼすことが分かった.また、2〜3nm程度の微小単位表面当たりに,突起を1つ持つ方が、同じ表面に溝を持つものよりも影響力が大きくなることが分かった.更に、平面構造では、水分子の界面への吸着がかえって氷核発生を阻止する可能性のあることを示した.
3.3種類の異なる大きさを持ったヨウ化銀粉末を用いた実験を行い,単位表面積当たりの核生成能力は,統計的な処理を行うことにより予測可能であることを示した.また,表面の濡れ性との関係についても明らかにすることができた.
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