過冷却液体の準安定相転移と物性の間の相互作用の理論研究

过冷液体亚稳态相变与物理性质相互作用的理论研究

• 批准号: 20038024
• 负责人: 松本 正和
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Nagoya 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: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20038024/
• 关键词: ネットワーク物質; トポロジー; 過冷却水; 融解; 相転移; メタンハイドレート; ダイナミックス; 分子シミュレーション; 液液転移; 液体構造

メタンハイドレート(MH)の均一核生成過程を、分子動力学シミュレーションにより再現し、その機構を詳細に解析した。水和したメタン4分子が正四面体の頂点に位置し、四面体の重心に水1分子が配位した会合体は、水の中でも安定に存在することができる。このため、水和したメタンは正四面体配置を好み、MHには、Frank-Kasper(FK)相と呼ばれる、非常に多様な準安定結晶相が潜在する。本計算で得られたMHは、8μ秒の長い計算の後でも既知のFK相のいずれとも完全には一致せず、アモルファス構造であると考えられる。レーザーで結晶内部を昇温する方法などにより結晶が内部から融解する場合には、熱揺らぎにより結晶の一部が目発的に壊れ、均一核生成を経て液化すると考えられる。ここでも、氷の場合には、水分子の性質を反映して、独特な融解様態を見出すことができた。温度が融点に近付くにつれ、熱揺らぎが水素結合を切り、局所的に欠陥が対生成する。さらに温度が上がり過熱状態になると、欠陥対のそれぞれが独立にネットワーク上を拡散して分離しはじめる。一旦分離した欠陥対は、再び会合するまで、トポロジー的な矛盾を解消することができないため、欠陥対め生成は完全な結晶構造を復元する可能性を下げる。我々は、完全な結晶に戻す経路の長さを編集距離という指標で計量した結果、一見するとほぼ完全な結晶に見える構造でも、編集距離が非常に長いケーズがあること、つまり幾何学的な構造の壊れ度合いと、トポロジー的な構造の壊れ度合いが一致しないことがわかった。前者は実験的に測定可能な情報だが、融解過程をより的確に捉えるオーダパラメータは後者である。実際、氷の融解確率はトポロジー的な構造の壊れ度合いと相関していることが、多数のシミュレーションにより明らかになりつつあり、ネットワークのトポロジー的な特性を考慮した融解のモデル化が必要である。

A detailed analysis of the molecular dynamics, nuclear generation and mechanism of the molecular dynamics system is presented. Water and water molecules are located at the vertices of a tetrahedron, the center of gravity of a tetrahedron, and the coordination of water molecules. The structure of the tetrahedral phase, MH phase, Frank-Kasper(FK) phase, and extremely heterogeneous quasi-stable crystalline phase are discussed. This calculation shows that the MH phase is 8μ s long, and the FK phase is completely consistent with the MH phase. The method of heating up the crystal interior is to investigate the crystallization of a part of the crystal in the case of melting, heating up, and nucleation. In this case, the properties of water molecules are reflected in the unique melting state. The temperature is close to the melting point, the heat is close to the water element, and the heat is close to the water element. The temperature is too high to be separated from each other. Once the separation is complete, the contradiction is resolved, and the possibility of complete crystallization is reduced. The compilation distance of the complete crystal structure is very long. The compilation distance of the geometric structure is very long. The compilation distance of the structure is consistent. The former is about the actual measurement of possible information and the accurate capture of the melting process, while the latter is about the latter. In fact, the melting accuracy is necessary to consider the characteristics of the structure and the correlation of most of the solutions.

项目成果

過冷却水のネットワーク構造と物性

过冷水的网络结构和物理性质

• 发表时间: 2009
• 作者: ○佐藤徹;岩原直也;田中一義;松本正和
• 通讯作者: 松本正和

過冷却液体の構造探索

探索过冷液体的结构

• 发表时间: 2008
• 作者: 志津功将;佐藤徹;田中一義;松本正和
• 通讯作者: 松本正和

Microscopic Dynamical Mechanism of Ice Melting

冰融化的微观动力学机制

• 发表时间: 2008
• 作者: K. Mochizuki;M. Matsumoto;S. Saito;I. Ohmine
• 通讯作者: I. Ohmine

なぜ水を冷やすと膨張するか

为什么水冷却后会膨胀？

• 发表时间: 2009
• 作者: 志津功将;佐藤徹;田中一義;松本正和
• 通讯作者: 松本正和

計算機シミュレーションを用いた水中の水素結合ネットワーク解析

使用计算机模拟分析水中的氢键网络

• 发表时间: 2008
• 作者: T.Tsuneda;T.Hirosawa;Y.Nakatsuka;K.Hirao;松本正和
• 通讯作者: 松本正和