高分子コロイド系におけるナノ構造形成に関する計算科学的研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13740248
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 寺尾 貴道 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40271647)
• Keywords: コロイド / 分散系 / 電気二重層 / 高分子 / 動力学法

Research Abstract

高分子コロイド分散系は、高分子系・生体などにおいて普遍的に存在する物質であり、その性質を明らかにすることは基礎科学・工学的応用の両面において重要である。また、系の電解質濃度を変化させることにより、コロイド粒子は凝集してクラスターを形成(ゲル化)する事が知られている。本研究では、このような高分子コロイド系のナノ構造形成、およびその動的性質に関連した問題について、計算機シミュレーションの立場から明らかにした。具体的には、以下の二点に関して計算科学的研究を行った。
(1)表面・界面を含むクーロン粒子系に適した、高速化分子動力学計算手法の開発を行った。本研究により、比較的粒子数の多い系における計算を行う事が容易となった。また、本計算手法を高分子電解質ブラシ系の問題に適用し、その構造形成、特に電解質濃度依存性およびブラシ層のグラフト密度依存性に関して数値的に明らかにした。
(2)溶液中のソフトマテリアルにおけるクーロン多体効果について明らかにするため、荷電コロイド粒子系における分子動力学シミュレーションを行った。特に、荷電表面・界面における対イオン凝集現象、およびその粒子サイズ依存性(排除体積効果)に関して、定量的に明らかにした。

Research Products

• [Publications] Takamichi Terao: "Adsorption of colloidal particles on a charged surface : Cluster Monte Carlo simulations"Physical Review E. 65・2. 021405-1-021405-5 (2002)
• [Publications] Takamichi Terao: "Efficient molecular dynamics in Coulomb systems with two-dimensional periodicity : Application to polyelectrolyte brushes"Physical Review E. 66・4. 046707-1-046707-5 (2002)
• [Publications] Takamichi Terao: "Observation of antiferromagnetic fractons : Analysis of inelastic neutron scattering experiments"Physical Review B. 66・13. 132409-1-132409-4 (2002)
• [Publications] Takamichi Terao: "Crossover phenomena in flocculations of colloidal suspensions : The effect of shear flow"Physica A. 320C. 77-83 (2003)