• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2013 年度 実績報告書

ナノレベルの局所的拡散特性抽出に基づく水-有機液体系の濡れ機構の分子動力学解析

研究課題

研究課題/領域番号 13J00807
研究機関大阪大学

研究代表者

SURBLYSI Donatas  大阪大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC2)

キーワード濡れ性 / 界面張力 / 水-アルコール混合物 / 液滴
研究概要

水とアルコールを混合した液滴の固体壁面上における濡れ性挙動を取り上げ, 分子動力学法によるナノスケール解析のシミュレーションを行った.
アルコール成分としてIPA(イソプロピルアルコール)及びメタノールを使用し, それらを水の液滴に添加することによる濡れ性の変化を解析した. メタノールとIPAは分子鎖の観点からは大きく違わないにも関わらず, 水に対する混合特性は大きくことなることが分かった. これについて, 分子構造が混合特性に与える影響に関する考察を行い, IPAとメタノールの相違の原因を明確にした.
また, 固液と気液界面におけるアルコールの局所的な吸着状態に注目し, 詳細な解析を行った. 界面におけるアルコールの吸着状態をアルコールの相対吸着量を用いて表すことで, 界面状態の定量化に成功した.
この結果を踏まえ, 固液, 気液, 固気各々の間の界面張力を別個に作成し平面状の液膜系を用いて算出し, 相対吸着量によって液滴系と照らし合わせた結果, 液滴系で観測される接触角と, 接触角の三相界面での釣り合いを表すYoungの式から導かれる接触角が概ね一致した.
これに加え, 固液界面の張力の算出方法の不確かさを見積もるため, 熱力学的積分を用いた方法によって別個に確かめ, 研究結果の妥当性の確認ができた.
これらの成果を査読付き国際学術誌で発表したほか, 国際学会を含む複数の学会で発表し, その中の国際学会のHTFFM-Vでポスター賞を受賞した.
これらのナノスケールの解析により, 異種液体の接触気液, 固液界面に与える影響が明らかになり, 混合物の濡れ性挙動に関する新たな知見が得られた.

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

第一段階であった気液・固液界面における表面状態を表すパラメータの抽出ができ、異なる系の状態の抽出と異なる系の間の比較, 照合が可能となり, 研究が大きく進展した. 更に、第二段階の水-IPAと大きく異なる水-メタノールの混合系の作成ができ, 研究が単一の混合系に限られたものではなく, より一般的な系にも成り立っていることを証明できた. これらは概ねに当初の計画通りである.

今後の研究の推進方策

現段階では, アルコール添付による各界面エネルギーというマクロ的な物性の遷移を捉えることに成功し, マクロ的な液滴と同様, 濡れ性がこれらの界面エネルギーの関係から決まることを確認できた. 次の段階では分子そのものに焦点を当て, 混合による界面における分子の構造や動的な性質の変化の観察を行い, それらと界面エネルギー, ひいては濡れ性の変化の因果関係の検証を行う.
また, 気液界面の張力の算出方法の不確かさも見積もり, 既に行った固液界面の見積もりを補完することで, より確実な誤差の算出を可能とする.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Molecular dynamics analysis of multiphase interfaces based on in situ extraction of the pressure distribution of a liquid droplet on a solid surface2014

    • 著者名/発表者名
      西田 翔吾, Donatas Surblys, 山口 康隆, 黒田 孝二, 香川 勝, 中島 但, 藤村 秀夫
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 140 ページ: 074707_1-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular dynamics analysis on wetting and interfacial properties of water-alcohol mixture droplets on a solid surface2014

    • 著者名/発表者名
      Donatas Surblys, 山口 康隆, 黒田 孝二, 香川 勝, 中島 但, 藤村 秀夫
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 140 ページ: 034505_1-11

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Local viscosity change in water near a solid-liquid interface and its extraction by means of molecular rotational diffusion - A molecular dynamics study2014

    • 著者名/発表者名
      中岡 聡, Donatas Surblys, 山口 康隆, 黒田 孝二, 香川 勝, 中島 但, 藤村 秀夫
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 591 ページ: 306-311

    • 査読あり
  • [学会発表] Molecular Dynamics Analysis on the Wetting and Interfacial Tensions of Water-Alcohol Mixture Droplets2014

    • 著者名/発表者名
      Donatas Surblys
    • 学会等名
      HTFFM
    • 発表場所
      St.Charles campus (Aix Marseille University, マルセイユ, フランス)
    • 年月日
      2014-04-22
  • [学会発表] アルコール添加による水滴の界面及び濡れ性の変化に関する分子動力学解析2013

    • 著者名/発表者名
      Donatas Surblys
    • 学会等名
      日本流体力学会
    • 発表場所
      工学部講義棟(東京農工大学小金井キャンパス)
    • 年月日
      2013-09-13
  • [学会発表] MD Study on the Effect of Alcohol Additives on the Interfaces and Wetting of a Water Droplet2013

    • 著者名/発表者名
      Donatas Surblys
    • 学会等名
      音波と物性討論会
    • 発表場所
      産学連携センター(九州大学筑紫キャンパス)
    • 年月日
      2013-07-29
  • [学会発表] Molecular Dynamics Study on the Effect of Alcohol Additives on Wetting of a Liquid Droplet2013

    • 著者名/発表者名
      Donatas Surblys
    • 学会等名
      ICMF
    • 発表場所
      ICCJEJU (済州島, 韓国)
    • 年月日
      2013-05-29

URL: 

公開日: 2015-07-15  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi