結晶化のメソタイムスケールダイナミクス

结晶的细观时标动力学

• 批准号: 14077210
• 负责人: 松本 正和
• 金额: $ 5.95万
• 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: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14077210/
• 关键词: 水; 水素結合; ネットワーク; 均一核生成; 結晶成長; 非晶質; 第二臨界点; 氷; アモルファス氷; アモルファス

液体から固体への相転移においては、運動のタイムスケールと秩序の距離相関が大幅に変化する。相転移の進行する界面では、タイムスケールの大きなギャップを埋めるような、中間的時間尺度の特徴的な運動や、中間的距離尺度の特徴的な空間構造が観察される。我々は、このような中間的な尺度の空間構造を特徴付ける方法として、構造をフラグメント分割し、フラグメントのデータベースを作成して、予断なしに局所構造を識別分類する手法を研究した。過冷却水の水素結合ネットワークの構造(トポロジー)の特徴を抽出する方法として、ネットワークを多面体様フラグメント(擬多面体)に一意的に分割する手法を考案した。この手法により、結晶のような明らかな秩序構造をもっていない場合(低密度水、低密度非晶質など)でも、局所構造の特徴を直接識別分類でき、類似の相(高密度水など)と明確に区別することに成功した。この手法を、シリコンや水、あるいはメタンハイドレートの核生成と結晶化プロセスに適用することで、融液状態から、どのようにして局所的秩序が形成され、それが結晶の長距離秩序につながっていくのかを、余すところなく観察できることを示した。我々の行った過冷却水の均一核生成過程の場合、初期に出現する核は、少数種類の非晶質状のフラグメントを多く含む非晶質核であると推定された。メタン水溶液からメタンハイドレートの結晶が成長する場合には、12面体型ケージが速度論的にまず急激に増加し、あとからそれらに隣接する形で14面体型ケージがゆっくり増加することが観察された。

The phase shift of liquid and solid phase shifts greatly. Phase shift progression interfaces, time scales, characteristics of intermediate motion scales, and spatial structures of intermediate distance scales are examined. This paper studies the method of spatial structure characterization of intermediate scales and the method of structure classification. A method for extracting the structural characteristics of the water-element-binding structure of supercooled water is studied. This technique is successful in identifying and classifying the characteristics of the structure of the structure directly in the case of low density water and low density amorphous water, and distinguishing the similar phase clearly in the case of high density water. This method is applicable to the formation and crystallization of nuclei in the melt state, the formation of long-distance order of crystallization, and the observation of the remainder. In the case of supercooling water, the initial appearance of nuclei, a small number of amorphous nuclei, and a large number of amorphous nuclei are presumed. When the crystal grows from an aqueous solution, the crystal of the dodecahedral type increases rapidly, and the crystal of the adjacent tetrahedral type increases rapidly.

项目成果

I.Ohmine, M.Matsumoto, S.Saito, A.Baba, Y.Yonekura, S.Ogasawara, H.Inagaki, C.Kobayashi: "Landscape of Water Dynamics and Chemical Reactions"NATO Science Series "New Kinds of Phase Transitions : Transformations in Disordered Substances. 81. 613-622 (2002)

I.Ohmine、M.Matsumoto、S.Saito、A.Baba、Y.Yonekura、S.Ogasawara、H.Inagaki、C.Kobayashi：《水动力学和化学反应的景观》北约科学系列《新型相变》

M.Matsumoto: "水からの氷核生成シミュレーション"Bussei Kenkyu. 80-6. 769 (2003)

M.Matsumoto：“水的冰成核模拟”Bussei Kenkyu 80-6 (2003)。

M.Matsumoto, S.Saito, I.Ohmine: "Molecular dynamics simulation of the ice nucleation and growth process leading to water freezing"Nature. 416,6789. 409-413 (2002)

M.Matsumoto、S.Saito、I.Ohmine：“导致水结冰的冰成核和生长过程的分子动力学模拟”《自然》。

I.Ohmine, M.Matsumoto, S.Saito, et al.: "Landscape of Water Dynamics and Chemical Reactions"NATO ASI Series, "New Kind bf Phase Transition : Transformation in Disordered Snbstances". 81. 613-622 (2002)

I.Ohmine、M.Matsumoto、S.Saito 等人：“水动力学和化学反应的景观”NATO ASI 系列，“新型相变：无序物质中的转变”。

M.Matsumoto, S.Saito, I.Ohmine.: "Molecular dynamics simulation of the ice nucleation and growth process leading to water freezing"Nature (London). 416. 409-413 (2002)

M.Matsumoto、S.Saito、I.Ohmine.：“导致水结冰的冰成核和生长过程的分子动力学模拟”《自然》（伦敦）。