分子動力学シミュレーションを用いた疎水相互作用による泡生成の研究

疎水性の粒子から構成される表面にナノスケールの構造を作成し、そこに水滴を配置したシミュレーションを行い、平滑な表面の場合との違いについて調べた。その結果、表面に一定間隔で柱を配置した場合、柱の高さがある程度高くなると、水滴の平衡位置は柱の上部と下部の二カ所になることがわかった。この二カ所の平衡位置の間には、自由エネルギー障壁が存在すると考えられるため、その障壁の大きさを見積もるシミュレーションを行った。柱の高さが水滴より大きい場合は、水滴が柱の上部に上昇する条件でのシミュレーションを100回程度行うことで、そのとき水滴に作用する力を平均化し、その値を積分から自由エネルギー障壁の高さを求めた。また柱の高さが短い場合には、水滴を表面に衝突させるシミュレーションを100回程度行って、自由エネルギー障壁の高さを調べた。水滴を衝突させる速度を適当に選ぶことである確率で柱の上部と下部で平衡化させることができる。ボルツマンの式を利用して、その確率から自由エネルギー障壁の高さの値を求めた。その結果、柱高さが高い場合の自由エネルギー障壁の高さは、温度に換算して300K程度であり、柱が低い場合には20K程度であることがわかった。

疎水性の粒子から構成される表面にナノスケールの構造を作成し、そこに水滴を配置したシミュレーションを行い、平滑な表面の場合との違いについて調べた。その結果、表面に一定間隔で柱を配置した場合、柱の高さがある程度高くなると、水滴の平衡位置は柱の上部と下部の二カ所になることがわかった。この二カ所の平衡位置の間には、自由エネルギー障壁が存在すると考えられるため、その障壁の大きさを見積もるシミュレーションを行った。柱の高さが水滴より大きい場合は、水滴が柱の上部に上昇する条件でのシミュレーションを100回程度行うことで、そのとき水滴に作用する力を平均化し、その値を積分から自由エネルギー障壁の高さを求めた。また柱の高さが短い場合には、水滴を表面に衝突させるシミュレーションを100回程度行って、自由エネルギー障壁の高さを調べた。水滴を衝突させる速度を適当に選ぶことである確率で柱の上部と下部で平衡化させることができる。ボルツマンの式を利用して、その確率から自由エネルギー障壁の高さの値を求めた。その結果、柱高さが高い場合の自由エネルギー障壁の高さは、温度に換算して300K程度であり、柱が低い場合には20K程度であることがわかった。