| 研究課題/領域番号 |
25610122
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| 研究種目 |
挑戦的萌芽研究
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
小貫 明 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (90112284)
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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 | 極性流体 / イオン運動 / 水和効果 / 化学反応 / 電場効果 |
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| 研究概要 |
水を含む溶液、タンパク質、膜系、高分子電解質など、多くのソフトマターや、生体物質においては、イオンが重要な役割を担っているが、従来の研究ではイオンの水和効果は殆ど考慮されておらず、特に相転移における水和の効果は余り研究されていない。当研究では、水和効果を考慮した、電離現象・化学反応の理解を目指す。
研究計画の初年度では、水などの極性のある粒子系にイオンが入っている場合の基礎的なミクロな手法による動力学を取り上げた。物理化学分野においても極性分子とイオンの相互作用の複雑な運動は計算機によってよく調べられていないのが現状である。代表者は分子動力学法を電極の存在のもと使う方法を考案し発表した。即ち、長距離静電相互作用を扱う従来のエバルト法は周期境界条件でのみ適用可能であるが、電極板に挟まれた双極子・電荷は金属板上の表面電荷の強い影響を受けている。そのため表面電荷をイメージ電荷の集合と置き換え各粒子に働く電場を計算した。具体例としてイオン結晶の電場による破壊や、双極子の電場による鎖的な連結形成、誘電率の大きな極性液体における印加電場下の局所電場計算などの実例も示した。特に最後の話題ではフレーリヒらの古典的な局所場の理論が双極子間の印加電場方向の相関により破れていることを示した。なお計算機手法として金属電極を導入することは物理・化学の基礎研究でも電池などの工学応用研究でも本質的な重要性があるが、従来の成功例は殆どない。文献上わずかに強誘電体BaTiO3薄膜でその試みが見られる。電極での化学反応は印加電場（金属内の表面電子）により決定的影響を受けることも付記しよう。代表者は自らの新たな手法により未開拓の重要問題に迫りたいと考えている。
またそれ以外にも、ガラス転移をする粒子系の振動や構造緩和の問題、異方的粒子に不純物が混入した場合のガラス（方位ガラス）の動力学の研究なども発表した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
手法として、分子動力学に基づくミクロな計算と連続体近似に基づく粗視化された計算があるが、初年度は前者の基礎開拓に努力を傾注した。その成果はJ.Chem.Phys.に掲載された。この新たな手法により多くの重要な未解明問題の解決の道筋がみえてきた。後者による研究はまだ準備段階であるので次年度に多くの成果論文を発表したい。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度においては、粗視化されたイオン濃度・溶媒組成・流動場などの非平衡時間発展を解析する。現在イオン化する固体壁での濡れ転移、電荷印加による濡れ動力学研究の成果を発表準備中である。また初年度に発展させたミクロ手法を使い水分子の金属表面の配向と印加電場下での金属面に接する水のヘルムホルツ層の詳細は計算済みである。また水の中での電場下のイオン運動も調べている。イオンの受ける局所電場と電極から与える電場は誘電効果のため100倍程度違うことが重要で問題を複雑にしている。また水和拘束されたイオン周囲の水分子の電場下の動力学は驚くべき様相を呈する。水和分子の入れ替えが外部電場で引き起こされ複雑なイオン運動が生ずる。また水分子の特殊形のためカチオンとアニオンでは水和動力学が違う。これらを次年度は論文として公表する計画である。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
旅費の支出が少なかった。個人的に多忙でまた健康上の理由で旅行は控えた。研究協力者が京都大学所属であった。
次年度は協力者が東京大学・首都大学東京に移るため旅費が必要となる。
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