2019 年度研究成果報告書

界面局所構造のナノモデリングに基づく濡れ性接触角の第一原理電子状態計算評価

研究課題

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研究課題/領域番号	17K17762
研究種目	若手研究(B)
配分区分	基金
研究分野	複合材料・表界面工学薄膜・表面界面物性
研究機関	北陸先端科学技術大学院大学
研究代表者	本郷研太北陸先端科学技術大学院大学, 情報社会基盤研究センター, 准教授 (60405040)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード	表面・界面物性 / 濡れ性 / シミュレーション工学 / 化学物理 / 第一原理計算 / モデリング
研究成果の概要	本研究では、銅表面上の水の濡れ性接触角を密度汎関数法に基づく第一原理計算により算定した。従来の単一整合格子モデルを超えて、局所界面構造を複数のクラスターモデルで表現する局所構造名のモデリングを行い、そのアンサンブル平均を取ることで、実験値に近い結果が得られた。本研究では構造モデリングの検証に加えて、第一原理計算手法自体のアーティファクト要因について検証した結果、特に、交換相関汎関数への依存性が大きく、第一原理計算における他の電子物性算定と同様、適切な手法選択が必要であることがわかった。
自由記述の分野	マテリアルズ・インフォマティクス
研究成果の学術的意義や社会的意義	表面の濡れ性制御は、工学の様々な分野で活用される重要な課題である。身近な例としては、衣料の防水加工や自動車のフロントガラスやボディーの撥水処理などが挙げられる。工業的な観点からは、プリント基板上でのはんだ付けや、近年では、電気化学反応における濡れ性と触媒活性との関係を示す報告もなされ、単に濡れ性現象の工業的応用のみならず、他の機能との関係性からも、濡れ異性現象の理解は重要な意義を持つ。本研究で濡れ性接触角の第一原理算定スキームを確立できれば、対象固体表面に元素置換を施した表面系を幅広く計算し、所望の表面系を探索可能になると期待される。