| 研究課題/領域番号 |
25420145
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
菊川 豪太 東北大学, 流体科学研究所, 講師 (90435644)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 自己組織化単分子膜 / 分子動力学 / 界面熱抵抗 |
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| 研究実績の概要 |
自己組織化単分子膜（self-assembled monolayer, SAM）は，固体表面の修飾技術として広く研究が進んでおり，表面の物理化学的特性を分子スケールから柔軟に制御する技術として応用が進んでいる．本研究では，分子動力学シミュレーションを用いて，SAMを介した熱物質輸送機構を明らかにすることを目的とし，分子スケールから新規的な界面修飾材料をデザインする際に有効となる分子レベルの設計指針を模索することを目標に研究を行っている．本年度では，SAM修飾の対象として工業・産業応用に対し有望な基板材料の模索を行い，溶媒との組み合わせに対し，界面における熱輸送効率を明らかにした．ここでは熱伝導素材として一般的に使われているアルミニウムの固体基盤を採用し，水溶媒との間に形成される界面での熱輸送効率（界面熱抵抗）を調べた．産業利用の実際を考えると，（特にアルミニウム）固体表面は酸化を受けるため，酸化された状態での界面熱輸送特性を明らかにする必要がある．したがって，アモルファス状態での妥当な界面分子モデルを作成し，水との界面における界面熱抵抗を調べた．その結果として界面熱抵抗が小さいことが明らかになったが，次年度以降この界面にける熱輸送特性の詳細な機構を明らかにする予定である．これまでの結果を考慮すると，熱輸送特性低減の目的でSAM修飾を適用するかどうかは，用いる溶媒や固体表面の種類によって選択する必要があることがわかった．
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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
本研究では，自己組織化有機分子薄膜および溶媒との界面における熱物質輸送特性を支配する分子論的機序を明らかにすることが目的である．今年度では，より広範な工業的基板と溶媒間の熱輸送機構の解明に関して，基板表面のバリエーションを広げることを行った．また，基板と溶媒との界面熱輸送特性を明らかにした．以上のように今年度の目標としては概ね達成できているといえる．ただし，界面自由エネルギーの解析についてはやや遅れているため，次年度では重点的に実施する予定である．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後はSAM末端修飾基および工業的に重要な熱媒流体など，さらにバリエーションを増やし，SAMと種々の溶媒との親和性（界面自由エネルギー）を明確にした上で，界面熱抵抗との関連性を明らかにする．また，界面における熱輸送特性については輸送を担う構成要素を微視的スケールで分解して測定できる解析手法を利用し，SAM界面における熱輸送機構を明らかにする．また，界面自由エネルギーの解析手法についてもこれまでに提案されている手法（熱力学的積分法や自由エネルギー摂動法）を用いて解析を行っていく．最終的にこれまで得られているSAM分子種による影響や溶媒との組み合わせについて考察し，効率的な界面熱輸送を実現する表面修飾について，分子設計の立場から提案を行う．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
消耗品費として数値計算に関連したPC周辺機器を購入する予定であったが，当該年度中では既存の数値計算設備で十分であったので，次年度使用額が生じた．
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| 次年度使用額の使用計画 |
より広範な条件において分子動力学シミュレーションを行うに従い，次年度以降数値計算に関連したPC周辺機器が必要となることが予想されるため，次年度に使用する予定である．
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