Simulation study of mesoscale cooperative phenomena in ionic liquids - slow relaxation and interface fluctuation

离子液体介观协同现象的模拟研究——慢驰豫和界面涨落

基本信息

批准号：
18K13513
负责人：
芝隼人
金额：
$ 2.58万
依托单位：
The University of Tokyo (2019-2022)Tohoku University (2018)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、２つのグラファイト固体界面を一定電圧を印加可能な電極とし、ナノスケールの空間中にイオン液体を電解液として封入することで得られるキャパシタの持つ物理的性質の研究結果を論文にまとめる作業を、研究協力者と実施した。ここに、一定電圧印加は先行研究に倣って、電極上での電荷分布が電位差と矛盾しないようにシミュレーションステップごとに自己無撞着に時直す方法によって実現されたものである。この結果、電解液が電極近くで示すナノ構造形成の様子を捉えることに成功するちともに、電極間距離をナノスケールに落として行った時に見られる電気容量の増減の様子を再現する結果が得られた。また、電極上の電圧プロファイルを考慮した電気容量の電圧依存性を記述する量である電気容量のプロファイルについて、camel shape から bell shape に遷移する様子をシミュレーションで忠実に捉え、その温度依存性について明らかにすることができた。以上の結果は査読者から概ね好評を得ているものの、調整に時間を要している（コロナ禍に伴い、共同研究者間の連絡調整が困難な状態が継続）。また、昨年度まで実施していたアルキル長鎖を伴うイオン液体の回転緩和について、昨年度論文を投稿した際に査読者から指摘のあった分子重心位置の解釈の修正を行い、再計算を実施した。両者の課題について１０月頃まで進捗が継続したが、後述する研究代表者の異動により両者の成果の公表は遅れている。

今年，我们将致力于将研究成果汇编成一篇论文，研究通过使用两个石墨固体之间的界面作为可以施加恒定电压的电极，并通过密封离子液体作为电容器获得的电容器的物理特性。与研究合作者一起在纳米级空间中进行了电解质研究。这里，遵循先前的研究，通过在每个模拟步骤中自一致地调整时间以使电极上的电荷分布与电势差一致的方法来实现恒压施加。结果，我们能够成功地捕获电极附近电解质中纳米结构的形成，并且还重现了当电极之间的距离减小到纳米尺度时所看到的电容的增加和减少。此外，对于电容分布（考虑电极上的电压分布，描述电容的电压依赖性的量），通过模拟忠实地捕获了从骆驼形状到钟形形状的转变，并且澄清了其温度依赖性。我能够做到。虽然上述结果总体上受到审稿人的好评，但调整需要时间（由于冠状病毒大流行，联合研究人员之间的沟通和协调仍然困难）。另外，对于去年才进行的长烷基链离子液体的旋转弛豫，我们修正了去年投稿时审稿人指出的分子重心的解释，进行了重新计算。这两个问题一直持续到 10 月份左右，但由于主要研究者的变更，这两个项目的结果的发布都被推迟了，这一点将在稍后讨论。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

イオン液体におけるメソ液晶構造形成と動力学の分子シミュレーション

离子液体中介观液晶结构形成和动力学的分子模拟

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Manh Hung Chu;Haruka Suzuki;Hirotaka Toyoda;田中陸太，綿野稜眞，吉田雅史，大原渡，津守克嘉，木崎雅志，NIFS NBIグループ;出村郷志;Masaro Yoshida;芝隼人
通讯作者：
芝隼人

Molecular Simulations of Ionic-Liquid-based Electrical Double Layer Capacitors

离子液体双电层电容器的分子模拟

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hayato Shiba;Hailong Peng;and Momoji Kubo;Furuya Michitaka;加藤孝盛;Patrick A. Bonnaud and Hayato Shiba
通讯作者：
Patrick A. Bonnaud and Hayato Shiba

Identifying relaxation processes in glass-forming liquids in two dimensions

识别二维玻璃形成液体中的弛豫过程

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
M. Oya;M. Shimada;C.N. Taylor;M.I. Kobayashi;Y. Nobuta;Y. Yamauchi; Y. Oya;Y. Ueda;Y. Hatano;Hayato Shiba
通讯作者：
Hayato Shiba

アルキルイミダゾリウム系イオン液体におけるメソ構造形成のシミュレーション

烷基咪唑基离子液体介观结构形成的模拟

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
芝隼人;Hailong Peng
通讯作者：
Hailong Peng

Molecular dynamics study of nanostructure formation of imidazolium-based ionic liquids with long-alkyl chains

长烷基链咪唑基离子液体纳米结构形成的分子动力学研究

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hayato Shiba;Hailong Peng;and Momoji Kubo
通讯作者：
and Momoji Kubo

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通讯作者：
安瀬大知・松原達也・鈴木啓真・稲葉麟士・原田直樹・吉川夏樹・宮津進・五明智夫・伊藤健太郎・野川憲夫・鈴木一輝