ナノレベルの局所的拡散特性抽出に基づく水－有機液体系の濡れ機構の分子動力学解析

基于纳米级局部扩散特性提取的水-有机液体体系润湿机理分子动力学分析

• 批准号: 13J00807
• 负责人: スルブリス ドナタス (2014)
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J00807/
• 关键词: 混合物; 液滴; 分子動力学法; 熱力学的積分; 界面張力; 濡れ性; 水-アルコール混合物

水とアルコールを混合した液滴の固体壁面上における濡れ性挙動を取り上げ，分子動力学法によるナノスケール解析のシミュレーションを行った．アルコール成分としてIPA（イソプロピルアルコール）及びメタノールを使用した．さらに固液，気液，固気各々の間の界面張力を別個に作成した平面状の液膜系を用いて算出し，アルコールの相対吸着量によって液滴系と照らし合わせた結果，液滴系で観測される接触角と，界面張力の三相界面での釣り合いを表すYoungの式から導かれる接触角が概ね一致した．これに加え，固液界面の張力の算出方法の不確かさを見積もるため，熱力学的積分を用いた方法によって別個に確かめ，研究結果の妥当性の確認ができた．これらの成果をマルセイユで行われたHTFFM-V国際学会で発表し，ベストポスター賞を受賞した．博士論文執筆の過程でマイクロスケールにおける接触角の定義が曖昧ことに着目した．マイクロスケールにおける液滴が三相界面のごく近傍に他と違った曲率を有する．三相界面近傍の力の釣り合い及び液滴内の圧力と曲率の関係を示すYoung-Laplaceの方程式からYoungの式が与えているのは三相界面近傍の形状を考慮しないマクロな接触角であることを示した．これにより，接触角の測定に任意性がなくなり，以前に得た結果の妥当性が大きく向上した．研究の次の段階として，より実在系に近づけるため，壁面と液体分子の間にクーロン作用のある系を扱う必要がある．ただし，今まで以上に固液界面エネルギーの算出が困難であり，熱力学的積分による計算が最も確実である．この手法をそういった系に拡張するため，開発者の元に赴き，理論的な枠組みを作り上げた．

Water droplets are mixed on the solid wall and the molecular dynamics method is used to analyze them. The composition of the group is divided into IPA and IPA. The interfacial tension between solid-liquid, gas-liquid and solid-liquid phases was calculated separately. The adsorption capacity of each phase was calculated. The contact angle of the droplet system was measured. The interfacial tension of the three-phase interface was calculated separately. The calculation method of solid-liquid interfacial tension is inaccurate, and the thermodynamic integration method is accurate. The validity of the research results is confirmed. HFFM-V International Society for the Promotion of International Trade and Development The definition of contact angle is ambiguous in the process of writing doctoral thesis. A drop of liquid has a curvature near the three-phase interface. The relationship between the forces near the three-phase interface and the pressure and curvature in the droplet is shown in Young-Laplace equation. The measurement of contact angle is arbitrary. The results obtained before are appropriate. It is necessary to study the interaction between liquid molecules and the wall surface. It is difficult to calculate the solid-liquid interface, but the calculation of thermodynamic integral is the most accurate. The author of this article is a writer of the book.

项目成果

MD Study on the Effect of Alcohol Additives on the Interfaces and Wetting of a Water Droplet

醇添加剂对水滴界面和润湿影响的MD研究

• 发表时间: 2013
• 作者: 中岡 聡;Donatas Surblys;山口 康隆;黒田 孝二;香川 勝;中島 但;藤村 秀夫;Surblys Donats;Donatas Surblys;Donatas Surblys;Donatas Surblys
• 通讯作者: Donatas Surblys

Molecular dynamics analysis on wetting and interfacial properties of water-alcohol mixture droplets on a solid surface.

• DOI: 10.1063/1.4861039
• 发表时间: 2014-01
• 期刊: The Journal of chemical physics
• 作者: D. Surblys;Y. Yamaguchi;K. Kuroda;M. Kagawa;T. Nakajima;H. Fujimura

アルコール添加による水滴の界面及び濡れ性の変化に関する分子動力学解析

醇添加引起的水滴界面和润湿性变化的分子动力学分析

• 发表时间: 2013
• 作者: 中岡 聡;Donatas Surblys;山口 康隆;黒田 孝二;香川 勝;中島 但;藤村 秀夫;Surblys Donats;Donatas Surblys;Donatas Surblys
• 通讯作者: Donatas Surblys

Local viscosity change in water near a solid–liquid interface and its extraction by means of molecular rotational diffusion – A molecular dynamics study

固液界面附近水的局部粘度变化及其通过分子旋转扩散的提取——分子动力学研究

• 发表时间: 2014
• 作者: Satoshi Nakaoka;D. Surblys;Y. Yamaguchi;K. Kuroda;T. Nakajima;H. Fujimura
• 通讯作者: H. Fujimura

Molecular Dynamics Analysis on the Wetting and Interfacial Tensions of Water-Alcohol Mixture Droplets

水-醇混合物液滴润湿和界面张力的分子动力学分析

• 发表时间: 2014
• 作者: 中岡 聡;Donatas Surblys;山口 康隆;黒田 孝二;香川 勝;中島 但;藤村 秀夫;Surblys Donats
• 通讯作者: Surblys Donats