水‐アルコール混合系の固液間および液体内の運動量輸送機構に関する分子動力学解析

ナノスケールの流路における液体の抵抗低減を目的として，分子動力学シミュレーションを用いて固体壁面と液体の界面に生じる速度すべりに対して液体の混合が与える影響，および，その変化の要因について解析を行った．工学的に広く用いられる水とメタノールの混合液と無極性の壁面を用いた流路を作成し，速度すべりを特徴づける物性値である固液摩擦係数について，壁面を移動させて流れを生じさせた非平衡系，および，壁面を静止させた平衡系を用いた解析を行った．非平衡系における解析の結果，10%程度のメタノール濃度の増加であっても固液摩擦係数が大きく低減，すなわち，速度すべりが促進され液体の粘性抵抗力が低減されるようになることがわかり，これはメタノール分子が疎水性のCH3基を無極性の壁面に向けるように固液界面に吸着する性質があるためであることを示した．また，既存の速度すべりのモデルでは，経験的に固体に対する液体の濡れが悪いほど固液摩擦係数が小さいとされているが，本研究で用いた水とメタノールの混合液の場合ではこの逆の傾向であり，濡れ性は速度すべりの変化の本質的な要因でないことを示した．平衡系ではHuangとSzlufarska(HS)が提案したGreen-Kubo式を用いた解析を行った．HSの方法により平衡系において算出した固液摩擦係数は非平衡系の値と濃度依存性が一致し，混合液に対してでもHSの方法が妥当であることを検証した．また，HSのGreen-Kubo式の導出の過程で用いた考え方を応用して，液体分子1つあたりの固液摩擦係数の算出を行い，混合液の固液摩擦係数の変化の要因について壁面近傍の液体分子の構造と関連させた新たな解析手法を提案した．さらに，固液摩擦が壁面近傍の液体分子の拡散係数に与える影響が小さいことを示した．これらの成果を査読付き国際学術誌で発表したほか，国際学会を含む複数の学会で発表した．

ナノスケールの流路における液体の抵抗低減を目的として，分子動力学シミュレーションを用いて固体壁面と液体の界面に生じる速度すべりに対して液体の混合が与える影響，および，その変化の要因について解析を行った．工学的に広く用いられる水とメタノールの混合液と無極性の壁面を用いた流路を作成し，速度すべりを特徴づける物性値である固液摩擦係数について，壁面を移動させて流れを生じさせた非平衡系，および，壁面を静止させた平衡系を用いた解析を行った．非平衡系における解析の結果，10%程度のメタノール濃度の増加であっても固液摩擦係数が大きく低減，すなわち，速度すべりが促進され液体の粘性抵抗力が低減されるようになることがわかり，これはメタノール分子が疎水性のCH3基を無極性の壁面に向けるように固液界面に吸着する性質があるためであることを示した．また，既存の速度すべりのモデルでは，経験的に固体に対する液体の濡れが悪いほど固液摩擦係数が小さいとされているが，本研究で用いた水とメタノールの混合液の場合ではこの逆の傾向であり，濡れ性は速度すべりの変化の本質的な要因でないことを示した．平衡系ではHuangとSzlufarska(HS)が提案したGreen-Kubo式を用いた解析を行った．HSの方法により平衡系において算出した固液摩擦係数は非平衡系の値と濃度依存性が一致し，混合液に対してでもHSの方法が妥当であることを検証した．また，HSのGreen-Kubo式の導出の過程で用いた考え方を応用して，液体分子1つあたりの固液摩擦係数の算出を行い，混合液の固液摩擦係数の変化の要因について壁面近傍の液体分子の構造と関連させた新たな解析手法を提案した．さらに，固液摩擦が壁面近傍の液体分子の拡散係数に与える影響が小さいことを示した．これらの成果を査読付き国際学術誌で発表したほか，国際学会を含む複数の学会で発表した．