Relation between molecular-scale characters and heat conduction characteristics/interface affinity on the surface modified by organic molecules

有机分子修饰表面分子尺度特征与导热特性/界面亲和力的关系

• 批准号: 22K03959
• 负责人: 菊川 豪太
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03959/
• 关键词: 熱工学; 分子動力学; 有機分子修飾膜; 界面親和性; 熱輸送特性

自己組織化単分子膜（SAM）をはじめとした有機分子薄膜材料は，固体表面の物理化学的特性を分子スケールから柔軟に制御する技術として研究が進んでいる．しかしながら，ソフトな特性を有する有機分子膜表面における界面熱輸送特性および界面親和性に対する分子論的メカニズムは必ずしも明らかになっていない．本研究では分子動力学（MD）シミュレーションや機械学習によるデータ分析を駆使し，有機分子修飾膜が有する分子スケールの特性（分子構造や化学的性質）と界面熱輸送特性や界面親和性との相関性を明らかにすることを目的として研究を行う．2022年度は界面熱輸送特性の評価として，親水性を持つポリエチレングリコール（PEG）末端を有するSAMについて，水液体界面との熱コンダクタンスをMDシミュレーションを用いて測定した．SAM末端の修飾基を疎水性および親水性とし，またPEG鎖長を変化させたところ，PEG鎖長が短い場合に界面熱コンダクタンスが大きくなることを明らかにした．これについて，PEG鎖の揺らぎとSAM末端修飾基の構造が主要因であることを解明した．界面親和性の評価として，今年度はやや親水性をもつSAM末端と疎水性SAM末端を表面にパターニングした不均一なSAM表面の分子モデリングを行い，SAM上における水液滴の濡れ状態を再現した．予備的な検討として，水液滴の接触角を測定した．その結果，各々の接触角の中間的な接触角を示すことが明らかになった．

Their organizational 単 molecular membrane (SAM) を は じ め と し た は thin film materials, organic molecules の solid surface physical and chemical characteristics of を molecular ス ケ ー ル か ら soft に suppression す る technology と し が て research into ん で い る. し か し な が ら, ソ フ ト な features を have す る organic molecular membrane surface に お け る interface heat transfer characteristics of お よ び interface affinity に す seaborne る molecular theory of メ カ ニ ズ ム は will ず し も Ming ら か に な っ て い な い. This study で は molecular dynamics (MD) シ ミ ュ レ ー シ ョ ン や rote learning に よ る デ ー タ analysis を 駆 し, modification of organic membrane が す る molecular ス ケ ー ル の features (the nature of the molecular structure や chemical) と interface heat transfer characteristics や affinity と の phase masato sex を Ming ら か に す る こ と を purpose と し を line う て research. 2022 annual は interface heat transfer characteristics of の review 価 と し て, hydrophilic を hold つ ポ リ エ チ レ ン グ リ コ ー ル (PEG) end を す る SAM に つ い て, water liquid interface と の hot コ ン ダ ク タ ン ス を MD シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を with い て determination し た. SAM end の modified base を 疎 water-based お よ び hydrophilic と し, ま た PEG lock long を variations change さ せ た と こ ろ, PEG lock long が short い occasions に interface heat コ ン ダ ク タ ン ス が big き く な る こ と を Ming ら か に し た. The main reason for the PEG locking of the らぎとSAM terminal modification base <e:1> structure が is that the である とを とを とを explains the た. Interface affinity の review 価 と し て, our は や や hydrophilic を も つ SAM end と を 疎 water-based SAM end surface に パ タ ー ニ ン グ し た heterogeneity な の SAM surface molecular モ デ リ ン グ を い, SAM on に お け る water droplets の れ state を reproduce speech &drama し た. Prepared な検 for と て て, determination of the <s:1> contact Angle を of water droplet た. As a result, the な contact Angle を between each 々 <s:1> contact Angle <e:1> indicates す とが とが and ら になった になった.