地殻浅部における鉱物-水相互作用の平衡と反応

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14204051
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 河村 雄行 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (00126038)
• キーワード: 地殻 / 層状けい酸塩鉱物 / X線回折 / 高温高圧 / その場測定 / 分子シミュレーション / 分子動力学法 / 並列計算

研究概要

装置設計製作と測定:
200℃程度までで、飽和水蒸気圧(200℃で1.55MPa=15.5気圧)までの温度圧力条件下で、鉱物等の試料を安定して長時間保持でき、精密なX線回折データを取得できる試料室を設計・製作した。これを東工大河村研究室既設のθ-θ駆動型X線回折計に装着して、粘土鉱物(スメクタイト)について有効な測定が行なえることを確認した。また、測定条件の詳細を決定した。Moの特性X線(Kα線)を用いて、2θ=30°までの測定が可能であった。
分子シミュレーション手法の開発発展:
分子シミュレーション法計算では、表面を持つ鉱物等の結晶粒子と流体相からなる多相系の初期構造を作成する手続きを整備し、対話的に作成できるコンピュータプログラムを実現した。また、分子動力学法計算プログラムを5万原子程度の大規模計算に対応させるべく、MPI並列化(並列計算用高速パーソナルコンピュータを使用)および大規模系での計算効率に関してアルゴリズムの改善(ブロック化)を行った。その結果、計算効率は20%程度改善された。5万原子系の分子動力学計算が実用的に実行可能となった。
分子シミュレーション計算:
これらのプログラムを用いて、スメクタイト-水系、スメクタイト-水溶液(NaCl, CaCl2など)系、白雲母等の層状化合物水系、固液2相系および気-固-液3相系の分子動力学計算を行った。
これらの結果を総合して、層状けい酸塩化合物の水和・膨潤挙動を系統的に解析した。

研究成果

• [文献書誌] TSUCHIYA, T., K.KAWAMURA: "Ab initio study of pressure effect on elastic properties of crystalline Au"J. Chem. Physics. 116(5). 2121-2124 (2002)
• [文献書誌] Tsuchiya, T., K.Kawamura, O.Ohtaka, H.Fukui, T.Kikegawa: "Precise measurement of equation-of-state and elastic properties for GaN up to 16 GPa"Solid State Communications. 121. 555-559 (2002)
• [文献書誌] Taku Tsuchiya, Katsuyuki Kawamura: "First-principles study of systematics of high-pressure elasticity in rare gas solids, Ne, Ar, Kr, and Xe"J. Chemical Physics. 117(12). 5859-5865 (2002)
• [文献書誌] Katsumata, T., Y.Inaguma, M.Itoh, K.Kawamura: "Influence of covalent character on high Li ion conductivity in a perovskite-type Li ion conductor : Prediction from a molecular dynamics simulation of La0.6Li0.2Ti03"Chem. Mater.. 12. 3930-3936 (2002)
• [文献書誌] Shiraki, K., K.Kawamura, K, Tomita, M.Kawano: "Stability of 1-layer polytype of kaolin by means of molecular dynamics simulation"Clay Science. 11(6). 601-614 (2002)
• [文献書誌] KANEKO, M., S.MATSUNO, T.MIKI, M.NAKAYAMA, H.IKUTA, Y.UCHIMOTO, M.WAKIHARA, K.KAWAMURA: "Local structural studies of LiCryMn2-y04 cathode materials for Li-ion batteries"The Journal of Physical Chemistry B. 107(8). 1727-1733 (2003)
• [文献書誌] 笠原 順三, 鳥海 光弘, 河村 雄行 編著: "地震発生と水-地球と水のダイナミクス"東京大学出版会. 392 (2003)