強混合場の活用による核生成現象解析に立脚したナノ粒子合成の計算科学的学理の構築

基于强混合场成核现象分析的纳米颗粒合成计算科学原理的建立

• 批准号: 20H02504
• 负责人: 宮原 稔
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02504/
• 关键词: 核生成; ナノ粒子; 速度論; MDシミュレーション; 自由エネルギー; 分子シミュレーション; 確率論; Metal-organic framework; マイクロリアクタ

ナノ粒子製造の鍵因子はその核生成過程にある。取り得る戦略は，強大な過飽和度を混合系にもたらし，瞬時かつ多数の核を発生させる方策であるが，そこには工学的な暗闇が存在する。本研究では，ナノサイズ粒子の生産プロセス設計に向けて，長年に渡ってブラックボックスとなっている固体析出の始点である核生成現象の本質を解析し，分子シミュレーションと実験的検討を組み合わせることで，生成する粒子サイズと分布の予測モデルの確立を目指して検討を行った。まず，分子シミュレーション検討では，溶質と溶媒の2種類のLJ原子から構成されるシミュレーション系を対象に，相互作用パラメータと原子サイズが核生成過程における自由エネルギー変化に与える影響を検討した。その結果，溶液状態から，結晶核の析出へと至る経路にはエネルギー障壁が存在し，それを避けて，より選択されやすい状態が取られることで，経路が決定されることを明らかにした。さらに，自由エネルギープロファイルは，相互作用，原子サイズによって多様に変化するが，いずれにおいても，経路は自由エネルギープロファイルから予測可能であることを見出した。また，2種類の溶質と溶媒からなる3成分系の分子シミュレーションモデルの構築に取り組んだ。実験的検討においては，3成分系と対応するようなMetal-Organic Framework (MOF)の１種であるZeolitic Imidazolate Framework-8 (ZIF-8)の合成に取り組んだ。その結果，変動係数（CV値）が６％程度の極めてサイズ分布が狭い粒子の合成に成功した。さらに，濃度を変化させることで粒子サイズがサブミクロンの領域で制御可能であることを明らかにした。

The key factor of particle production is the nuclear generation process. In this paper, we analyze the relationship between the two factors, and find out the relationship between them. This study aims to analyze the nature of nuclear generation phenomenon at the starting point of solid precipitation in the long-term transition process, and to discuss the combination of molecular structure and molecular structure, and to discuss the establishment of prediction model of particle distribution. The molecular structure of the solute and the LJ atom of the solvent are discussed in detail. The interaction between the solute and the LJ atom of the solvent is discussed in detail. The interaction between the solute and the LJ atom of the solvent is discussed in detail. As a result, the state of the solution is changed, the crystal nucleus is precipitated, and the barrier is formed. In addition, the free production of the film, the interaction of atoms, the transformation of the film, the free production of the film, the prediction of the film. 2 kinds of solute and solvent, 3 kinds of molecular system, 3 kinds of molecular system, 3 kinds of In this paper, the synthesis of Zeolitic Imidazoline Framework-8 (ZIF-8) was studied. As a result, the coefficient of variation (CV value) reached 6% and the distribution of narrow particles was successful. The concentration of the particles in the soil is different from that in the soil

项目成果

Molecular dynamics simulation and free energy analysis of nucleation processes in binary Lennard-Jones systems

二元Lennard-Jones系统成核过程的分子动力学模拟和自由能分析

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuya Iida;Satoshi Watanabe;Minoru T. Miyahara
• 通讯作者: Minoru T. Miyahara

二段階核生成における結晶化過程の分子シミュレーション解析

两步成核结晶过程的分子模拟分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 飯田裕也;渡邉哲;宮原稔
• 通讯作者: 宮原稔

液液相分離に誘起される核生成過程の分子シミュレーション解析

液-液相分离成核过程的分子模拟分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 飯田裕也;渡邉哲;宮原稔
• 通讯作者: 宮原稔

J2成分系の分子シミュレーションを用いた核生成経路解析とモデル化

使用 J2 组分系统的分子模拟进行成核途径分析和建模

• 发表时间: 2021
• 作者: 三觜佑理;伊藤暁彦;髙橋友也，髙橋あづさ，吉本則子，吉本誠;飯田 裕也，渡邉 哲，宮原 稔
• 通讯作者: 飯田 裕也，渡邉 哲，宮原 稔

LJ2成分系における核生成過程の分子シミュレーション解析

LJ双组分体系成核过程的分子模拟分析

• 发表时间: 2020
• 作者: Jonathan Briones;Wilfred Espulgar;Shohei Koyama;Hyota Takamatsu;Eiichi Tamiya & Masato Saito;飯田 裕也，渡邉 哲，宮原 稔
• 通讯作者: 飯田 裕也，渡邉 哲，宮原 稔