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氷結晶の表面、下地との界面及び粒界面における擬似液体層の微視的構造の研究

冰晶表面、与基体界面、晶粒界面拟液层微观结构研究

基本信息

批准号：
05211203
负责人：
古川義純
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

1.氷-水(固液)界面の構造の分子動力学法によるシミュレーションを行なった。使用した水分子のモデルは、TIP4Pで、それぞれ288個の水分子でできた結晶と水の構造をもつセルを合体させて、界面の初期モデルを作製した。これをシミュレーションの初期条件として計算を行ない、氷-水界面の構造と動的性質について解析を行った。特に、氷の結晶の方位を変えて界面の面方位が{0001}と{1010}の場合について計算を行ない、界面構造の面方位による違い(異方性)に注目した。その結果、界面では数分子層にわたって構造が連続的に変化することが明らかになり、その微細構造は面方位に依存して異なることも明確に示された。固液界面構造の異方性が示されたことは、従来にはない全く新しい結果である。その他、固液界面における水分子の密度プロファイル、配位数、水素結合数などが解析され、これらを基に界面の動的性質の議論を行なった。2.過冷却水からの氷結晶の成長における形態形成実験も引き続き行なった。氷の形態形成を支配する因子として、界面張力と界面カイネティクスの三次元的な異方性を考慮する必要がある。本年度は、この二つの因子の影響を独立に評価するための測定を行なった。その結果、形態不安定の発生は主として界面カイネティクスの異方性に支配されることが明らかになった。3.氷結晶の表面及び界面の微細構造が、温度や面方位に依存して大きく変化することが実験と計算機シミュレーションの手法で明らかにされ、これらが結晶の成長機構や形態形成機構に果たす役割が実証された。これは、氷結晶を用いた本研究の最も重要な成果である。

1. The molecular dynamics method for the structure of the solid-water interface. The structure of water molecules and the initial phase of the interface are controlled by using 288 water molecules and TIP4P. The initial conditions and calculation of the solution, the structure and dynamic properties of the water-water interface are analyzed. In particular, the orientation of the crystal is changed, and the plane orientation of the interface is {0001} and {1010}. In the case of calculation, the plane orientation of the interface structure is changed. As a result, the number of molecular layers in the interface is clearly indicated by the orientation of the micro-structure. The anisotropy of the solid-liquid interface structure is shown in the following ways: The density, coordination number and binding number of water molecules in the solid-liquid interface are discussed. 2. The growth of supercooled water crystals and the morphology of supercooled water crystals were studied. It is necessary to consider the three dimensional anisotropy of the interface tension and the shape of the interface. This year, the impact of these two factors was independently evaluated. As a result, morphological instability occurs in the main interface, which is dominated by heterogeneity. 3. The microstructure of the crystal surface and interface depends on the temperature and orientation of the crystal surface. The most important results of this research are: