| 研究課題/領域番号 |
19K05369
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| 研究機関 | 新潟大学 |
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研究代表者 |
大鳥 範和 新潟大学, 自然科学系, 教授 (20272859)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 液体 / 溶液 / 回転拡散係数 / 分子動力学法 / ストークス－アインシュタイン－デバイの関係 |
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| 研究実績の概要 |
今年度は、窒素分子の純液体中での並進および回転の拡散係数について、分子質量、慣性モーメント、数密度、分子形状、充填率、温度の各変数依存性を、分子動力学計算によって評価し、粘性率の評価結果と併せて定式化した。得られた表式は、種々の二原子分子と三原子分子の幅広い密度と温度での並進および回転の拡散係数ならびに粘性率の挙動を統一的に表現できることがわかった。これによって、直線型分子に対する並進および回転の拡散係数ならびに粘性率の定式化が達成されたと結論した。特に、並進の拡散係数と粘性率は分子形状に依存しないが、回転の拡散係数は分子形状に強く依存することが明らかとなった。以上の結果に基づいて、Stokes-Einstein（SE)およびStokes-Einstein-Debye（SED)の関係式を導出し、前者が分子形状に依存せず単純希ガス液体と同じく数密度のみで表されること、また後者が分子形状と数密度のみで表されることを明らかにした。オリジナルのSE式やSED式が分子サイズのみに依存し、本研究で得られたSE式とSED式が分子サイズでではなく数密度に依存する原因が、溶媒を連続体モデルで表すStokes式にあると結論された。これらの研究結果のうち、SE式に関する成果は論文に投降してすでに掲載が決定され、またSED式に関する成果は投稿論文として審査中である。
また、窒素分子および球状から棒状に至る5種類のフラーレン分子 C60, C70, C90, C110, C150の希ガスを溶媒とする希薄溶液中での並進および回転の拡散係数についても評価し、二原子分子の純液体で得られた表式と比較した。その結果、有意な偏差が認められ、この偏差を表す変数の解明を次年度に取り組むべき優先課題とした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
「研究実績の概要」欄に記載のとおり、本課題申請書の「１ 研究目的、研究方法など」の「（３）本研究で何をどのように、どこまで明らかにしようとするのか」の欄に記載した１年目に実施する内容をほぼ実施できていると判断されるため。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和２年度も、本課題申請書の「１ 研究目的、研究方法など」の「（３）本研究で何をどのように、どこまで明らかにしようとするのか」の欄に記載した２年目に実施する内容を、予定どおり行う。すなわち、２年目は、代表的なガラス形成物質であるo-テルフェニルに対するモデル物質として知られている折れ線型の三原子分子について研究を行い、回転拡散係数の表式を導く。さらに３年目も予定どおり、実在系として、ビフェニルとo-テルフェニルおよび水を対象に、それぞれ通常の液体および過冷却状態について、回転拡散係数の表式を導く。また、二原子分子からなる過冷却液体のモデル物質として知られているKob-Andersenポテンシャルを用いて、通常の液体および過冷却状態について、回転拡散係数の表式を導く。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）
年度途中での研究計画の精査の結果、計算機資源の需要のピークが令和２年度に当たることが判明し、その時点で新たに計算機を調達することが有効であると判断したため。
（使用計画）
主として新たな計算機資源の調達のために使用する。
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