核生成機構の体系化とその速度論的モデル構築に立脚した合理的ナノ粒子合成戦略の確立

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本研究では，合理的なナノ粒子設計戦略を確立することを目的とし，分子種や合成条件によって多様に変化する核生成経路を決定づける因子の解明とその経路を定量的に記述するモデルの構築，および経路の影響を組み込んだ粒子径分布推定手法の開発を行う。本年度の実績を以下に示す。[1] LJ分子2成分からなる溶液系の核生成過程のMDシミュレーションにおいて，分子サイズが核生成挙動に強く影響し，分子サイズの増大が核生成を促進・抑制する両方のケースがあり得ることを見出した。さらに，このような分子サイズがもたらす特異的な効果を，昨年度構築した熱力学モデルを用いて分子間相互作用の数の観点から説明可能であることを明らかにした。本検討は，昨年度に構築した核生成経路予測モデルにおけるパラメータの物理的な意味合いを明確にし，モデルの有用性をより強固にするものであり，実在分子系における核生成経路予測につながる重要な知見をもたらしたと言える。以上の成果について論文を執筆中である。[2] LJ分子3成分からなる溶液系の核生成過程のMDシミュレーションを実施し，系が一段階と二段階のどちらの核生成経路をとるかは，溶質同士の相互作用の強さに支配されることを明らかにした。これにより，LJ 2成分系で得た知見が，成分が増えても成立することを確認した。[3] 構築した熱力学モデルに基づいて自由エネルギー障壁の高さを用いて核生成速度の予測値を計算し，MDシミュレーションの実測結果と比較した。その結果，MDシミュレーションの核生成経路を十分に説明可能な構築モデルをもってしても，核生成速度に関しては実測結果と数桁の誤差を生じてしまうことがわかった。その原因が，モデルの入力値として必要な界面張力の数％の誤差が核生成速度の計算において1オーダー近くの誤差にまで増幅されることにあることを明らかにした。