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

红外激发溶剂分子内振动的弛豫及干燥溶剂有效红外吸收波段的阐明

• 批准号: 22H01407
• 负责人: 戸谷 剛
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01407/
• 关键词: 分子内振動の緩和; 溶剤の赤外線吸収帯; 溶剤乾燥; 赤外線連続照射; 気液界面

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。

(2022-1) Determination of the most effective intramolecular vibration (infrared absorption wavelength band) in the evaporation of solvent (water),(2022-2) Establishment and selection of calculation methods for calculating the evaporation amount of solvent in molecular kinetic theory analysis and molecular dynamics analysis. (2022-1)(Wavelength: 1650 cm-1, Wavelength: 6.06 μm) Emission rate: wavelength control: infrared radiation: water irradiation: heat conduction: heating: water intermolecular vibration: bound oscillation: vibration (Wavelength: 670 cm-1 near, wavelength: 14.9 μm near) Infrared and infrared rays are used to 5% of the maximum excitation. The above results indicate the possibility of excitation and promotion of intermolecular vibration of liquid molecules at the gas-liquid interface by infrared radiation and HOH angular vibration of water. (2022-2) The development of liquid evaporation, vapor condensation and solution method for average field molecular motion theory. The calculation system focuses on the steady state evaporation and condensation problems. The calculation system is characterized by the existence of liquid film evaporation phenomenon at high temperature and liquid film condensation phenomenon at low temperature. In addition, the molecular weight of the vapor phase and the molecular weight of the non-condensed vapor phase are considered to be equal. The physical reasons for this effect are clear: the irradiation of infrared rays from the intramolecular vibration of the solvent and the evaporation of the solvent.