ナノスケール動的濡れ現象の分子動力学解析

纳米级动态润湿现象的分子动力学分析

• 批准号: 14F04364
• 负责人: 塩見 淳一郎
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14F04364/
• 关键词: 動的濡れ性; 分子動力学; ナノ表面構造; 界面熱抵抗; 動的濡れ現象

定常状態にある円形の液滴を基板に近づける過渡的なシミュレーション結果から接触線摩擦係数を計算した．はじめに，静的接触角とスリップ長を分子動力学計算より求め，これらを入力とした連続体計算と行った結果，仮に連続体計算の接触線摩擦をゼロとした場合でも分子動力学計算の濡れ速度が連続体計算のそれよりも速くなることが分かった． 次に，MKT理論を通じて分子動力学計算から直接的に接触線摩擦を求める手法を実践した結果，例えばグラフェン上ではOh数が1以下となり，慣性力が支配的になることがわかった．各種平滑表面の液滴の濡れ半径を見ると，固体面の濡れ性によって動的濡れ挙動が明確に異なることがわかった．一方で，濡れ半径を平衡濡れ半径で規格化し，時間を慣性スケーリングで規格化すると濡れ半径の時系列は同一曲線状に一致した．これにより，本研究における濡れ現象は表面の濡れ性に依らず慣性支配であることがわかった．さらに，欠陥を設けた表面上での，液滴の濡れ半径の時系列を調べた．欠陥は表面層のグラフェンに異なる大きさの四角形の穴を等数密度で空けることによってモデルした結果，下地が銅の場合は初期の濡れ挙動は欠陥の大きさに依存しないことが明らかになった．一方で，下地がグラファイトの場合は濡れ挙動が欠陥の大きさに依存することがわかった．次に，金/SAM膜/水の系において界面熱輸送について，温度依存性のメカニズムを明らかにするべく，界面近傍の水の層構造や分子振動の状態密度の変化や異方性を評価した． SAMとの界面近傍の水の密度を詳細に評価したところ，撥水表面ではSAMと水の間に隙間が空いているため，分子の運動エネルギーによって空間に進入する水分子の数が大きく異なり，その結果密度が温度に強く依存することがわかった．一方，親水温度依存性は界面でのSAMと水の距離が近いため，密度は高止まりした．

Calculation of friction coefficient of contact line under steady state and near transition of circular droplet to substrate. The contact angle between the two bodies is calculated by molecular dynamics. Second, MKT theory is used to calculate molecular dynamics. The direct contact line friction is calculated. The method is applied to the result. For example, the number of Oh is less than 1. The imaginary force is dominated by the friction. A variety of smooth surface of the liquid droplet radius can be seen, solid surface of the moisture property of the movement of the moisture can be clearly different. The radius of a square is normalized, the time of inertia is normalized, and the radius of a square is normalized. This study is based on the observation of the surface and inertia. In the meantime, the surface of the droplet is set up, and the radius of the droplet is adjusted according to the time series. The surface layer of the copper layer is different from the surface layer of the copper layer. The tetragonal holes are equal in number density. The surface layer of the copper layer is different from the surface layer of the copper layer. On the one hand, there are many different ways to change the situation. In addition, the Au/SAM film/water system is characterized by interfacial heat transport, temperature dependence, layer structure of water near the interface, variation in density of state of molecular vibration, and anisotropy. The density of water near the SAM interface is evaluated in detail, and the number of water molecules entering the gap between SAM and water on the surface of water is greatly different. The resulting density is strongly dependent on temperature. On the one hand, the hydrophilic temperature dependence of the interface is close to the distance between SAM and water, and the density is high.

项目成果

Control of thermal transport across a solid-liquid interface by using self-assembled monolayer

使用自组装单分子层控制固液界面的热传输

• 发表时间: 2015
• 作者: Shih-Wei Hung;Junichiro Shiomi;Gota Kikugawa
• 通讯作者: Gota Kikugawa

Investigation of dynamic wetting on graphene using molecular dynamics simulations

使用分子动力学模拟研究石墨烯的动态润湿

• 发表时间: 2017
• 作者: Shih-Wei Hung;Junichiro Shiomi
• 通讯作者: Junichiro Shiomi

Mechanism of Temperature Dependent Thermal Transport across the Interface between Self-Assembled Monolayer and Water

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b09516
• 发表时间: 2016-11
• 期刊: Journal of Physical Chemistry C
• 影响因子: 3.7
• 作者: S. Hung;G. Kikugawa;J. Shiomi

熱エネルギー工学研究室

热能工程实验室

Dynamic Wetting on Graphene-Coated Surface: Molecular Dynamics Investigation

石墨烯涂层表面的动态润湿：分子动力学研究

• 发表时间: 2015
• 作者: Shih-Wei Hung;Junichiro Shiomi
• 通讯作者: Junichiro Shiomi