| 研究課題/領域番号 |
16K05514
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
山口 毅 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80345917)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 構造緩和 / 高粘性液体 / 粘弾性 / デカップリング / 中間散乱関数 |
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| 研究実績の概要 |
実験的に構造緩和時間と粘度の温度依存性に違いが見られたLiPF6/プロピレンカーボネート(PC)溶液について、分子動力学（MD）シミュレーションを行った。シミュレーションの統計精度の範囲内では、実験で見られたようなデカップリングは観測されず、分子モデルなどの改良が必要と考えられる。
プレピーク構造のダイナミクスが遅い粘弾性緩和に寄与していることがMDシミュレーションによって示唆された高級アルコールの一例として、3,7-ジメチルオクタノールについて、実験的に粘弾性緩和測定と核共鳴γ線準弾性散乱測定を行った。シミュレーションおよびモード結合理論から予想されたように、プレピーク及び主ピークにおける中間散乱関数の二乗の緩和時間は、粘弾性スペクトルの遅い成分、速い成分の緩和時間とそれぞれ一致し、プレピーク構造が遅い粘弾性と結合していることを実験的に検証することができた。
粘弾性緩和と液体構造との関係を、MDシミュレーションを用いて、ずり応力と二体密度関数の相互相関から解析する手法を解析し、代表的な水素結合液体である水とメタノールに適用した。メタノールにおいては、プレピーク構造と遅い粘弾性の結合が見いだされ、水素結合鎖のずり変形の延伸方向への配向に帰属された。水においては、圧縮方向に水素結合構造の破壊、延伸方向に構造形成という、静水圧下と同様の水素結合構造の変化が異方的に起こっていることが見いだされた。
ドメイン構造を有するイオン液体についてMDシミュレーションを行い、上記の相互相関関数解析を用いて、ドメイン構造のダイナミクスが遅い粘弾性に与える影響を検討した。高級アルコールとは異なり、粘弾性緩和とドメイン構造は結合していないことが示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初計画にあるLiPF6/PC溶液の研究は終了し、プレピーク構造の起源、および、構造緩和と粘弾性のデカップリング共に、論文として発表済みである。
当初計画にはなかった、プレピーク構造をもつ液体における構造緩和と粘弾性のカップリングに関しても、高級アルコール系については、分子動力学シミュレーションと核共鳴γ線準弾性散乱実験の両面から研究を行い、遅い粘弾性緩和がプレピーク構造の緩和と結合していることを明らかにしている。
さらに、当初計画にはなかった、分子動力学シミュレーションを用いた液体構造と粘弾性緩和の結合の解析手法も提案し、水やメタノールなどの水素結合液体に適用可能であることを示している。
以上を総合的に判断すると、本研究課題は当初の計画以上に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
高級アルコール系におけるプレピーク構造と粘弾性のカップリングをより詳細に解析するため、液体1-ドデカノールについて、同位体置換NSE法により、プレピークの中間散乱関数に対する部分構造の寄与の抽出を行う。同実験課題は米国NIST、NCNRへの課題申請が採択されており、H30年度5月に米国に渡航して実験を行う予定である。また、得られた結果はMDシミュレーションとも比較して解析を行う。
長いアルキル鎖を持つ両親媒性の分子から構成され、プレピーク構造を有する液体であるという共通点を持つ高級アルコールとイオン液体において、前者は遅い粘弾性とプレピーク構造のダイナミクスが結合しており、後者は結合していないという相異が見いだされている。その原因の解明のため、イオン液体において成功を収めた二体密度関数とずり応力の相互相関解析を高級アルコールについても適用し、イオン液体の解析結果との比較を行う。
これまでの研究で、液体の線形粘弾性緩和を与えている微視的構造緩和の解析を行っているが、予備的な研究により、線形粘弾性緩和機構の違いが非線形粘弾性にも影響を与えていることが示唆された。そこでH30年度では、線形粘弾性とshear thinningとの経験的関係式であるCox-Merz則に焦点を当てて、粘弾性機構とCox-Merz則の成否との関係についても検討を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
H29年度に生じた残金は、米国NIST NCNRでの中性子スピンエコー測定に要する渡航費に予定していたものであり、H29年度後期の課題申請が採択されなかったために執行されていない。同課題はH30年度前期の課題申請では採択されており、繰り越した経費は5月に予定されている実験のための渡航費に充てる予定である。課題採択の遅れにより同研究の進行が半年程度遅れることになったが、研究課題全体の進行に大きな影響はないと考えている。
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