Relaxation of intramolecular vibrations of solvents by infrared excitation and elucidation of effective infrared absorption wavelength band for drying solvent

令和４年度は、(2022-1)溶剤(水)の蒸発に最も効果的な分子内振動(赤外線吸収波長帯)の解明実験、(2022-2)緩和挙動を組み込んだ平均場分子運動論解析・分子動力学解析法の開発と溶剤の蒸発量を計算する計算手法の確立、に取り組んだ。(2022-1)では、水のHOH変角振動（波数：1650 cm-1、波長：6.06 μm）に放射率のピークを持つ波長制御エミッタから赤外線を連続的に水に照射したときと、ヒーターを使用して熱伝導により加熱したときで、水の分子間振動である束縛回転振動（波数：670 cm-1付近、波長：14.9 μm付近）は、赤外線を用いた方が5%程度多く励起されることが分かった。上記の結果は、気液界面での液体分子の分子間振動が蒸発につながるため、赤外線を用いて水のHOH変角振動を励起することで、蒸発を促進できる可能性があることを示唆している。(2022-2)では、緩和挙動を組み込んだ平均場分子運動論解析・分子動力学解析手法として、平均場分子運動論を用いた液体蒸発・蒸気凝縮シミュレーション方法の開発を行った。計算系としては、定常な蒸発および凝縮を調べることができる２液膜問題に注目した。この計算系は、温度の異なる２つの液膜から構成されており、気相を挟んでこれら液膜を配置することで、温度の高い液膜では蒸発現象を、温度の低い液膜では凝縮現象を観察することができる特徴を持つ。さらに、気相は蒸気分子のみではなく非凝縮性気体分子も考慮できるようなプログラムを作成できた。これらの成果は、溶剤の分子内振動への赤外線の照射が、溶剤の蒸発に効果的な物理的理由を明らかにするためのツールとなる。

令和４年度は、(2022-1)溶剤(水)の蒸発に最も効果的な分子内振動(赤外線吸収波長帯)の解明実験、(2022-2)緩和挙動を組み込んだ平均場分子運動論解析・分子動力学解析法の開発と溶剤の蒸発量を計算する計算手法の確立、に取り組んだ。(2022-1)では、水のHOH変角振動（波数：1650 cm-1、波長：6.06 μm）に放射率のピークを持つ波長制御エミッタから赤外線を連続的に水に照射したときと、ヒーターを使用して熱伝導により加熱したときで、水の分子間振動である束縛回転振動（波数：670 cm-1付近、波長：14.9 μm付近）は、赤外線を用いた方が5%程度多く励起されることが分かった。上記の結果は、気液界面での液体分子の分子間振動が蒸発につながるため、赤外線を用いて水のHOH変角振動を励起することで、蒸発を促進できる可能性があることを示唆している。(2022-2)では、緩和挙動を組み込んだ平均場分子運動論解析・分子動力学解析手法として、平均場分子運動論を用いた液体蒸発・蒸気凝縮シミュレーション方法の開発を行った。計算系としては、定常な蒸発および凝縮を調べることができる２液膜問題に注目した。この計算系は、温度の異なる２つの液膜から構成されており、気相を挟んでこれら液膜を配置することで、温度の高い液膜では蒸発現象を、温度の低い液膜では凝縮現象を観察することができる特徴を持つ。さらに、気相は蒸気分子のみではなく非凝縮性気体分子も考慮できるようなプログラムを作成できた。これらの成果は、溶剤の分子内振動への赤外線の照射が、溶剤の蒸発に効果的な物理的理由を明らかにするためのツールとなる。