ナノスケールにおける固液間の速度すべりに関する分子動力学解析

纳米尺度固液速度滑移的分子动力学分析

• 批准号: 22KJ2065
• 负责人: 大賀 春輝
• 金额: $ 1.41万
• 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: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2065/
• 关键词: 分子動力学; 固液界面; 固液間摩擦; Green-Kubo; Navier境界条件

近年，マイクロからナノスケールの流路を用いて分離，混合，科学操作などを行うマイクロTASの実用化が進むなどナノスケールの流れの工学的応用が進んでいる．近年の計測技術，分子動力学(MD)法を中心とした計算科学の発展によりナノメートルオーダーになると，固液間のすべりの影響が顕著に表れることが明らかになってきた．MD法を用いて，固液摩擦係数を算出することを考えた場合，せん断を与えることにより非平衡定常流れを再現する方法が一般的であるが，長時間の平均を要することや，現実より遥かに大きいせん断を与える必要があるなどの問題がある．そこで本研究では，非平衡定常流れにおいて現れるこれらの問題を解決すべく，MD法を用いてせん断を与えない平衡系の固液摩擦力の揺らぎの自己相関関数を解析することにより固液摩擦係数を抽出する方法を，基礎的な力学である流体力学を前提として理論的に確立することを目的とする ．本研究により，流体力学を前提として，液体に接した固体に関しての運動方程式を立式することにより，平衡系の固液摩擦力の自己相関関数と固液摩擦係数との関係式が明らかになった．具体的には，固液摩擦力の自己相関関数は固液摩擦係数，固液摩擦kernel（摩擦力の位相遅れを示すもの）および系のサイズなどと関係しており，ミクロなタイムスケールにおいては固液摩擦kernelの影響を，マクロなタイムスケールにおいては系のサイズの影響を受けることがわかった．さらに，本年度は，その関係式を用いて固液摩擦kernelや系のサイズの影響が小さいミクロとマクロの中間領域の自己相関関数をフィッティングすることで固液摩擦係数を算出する方法を提案し，実際に固液摩擦係数が可能であることが示された．ただし，この方法の適用範囲，すなわち，どのような固体表面や流体に対して適用可能かどうかは具体的には明らかになっていない．

近年来，纳米级流的机械应用正在进行中，例如使用纳米级从微观的流动路径进行分离，混合和科学操作的微型TA的实际使用。随着计算科学的发展以最新的测量技术和分子动力学（MD）定律的发展，很明显，在固体液体之间滑动的影响是显而易见的。考虑使用MD方法计算固体液体摩擦系数时，通常会通过给出避难所来重现非平衡常数流量，但需要很长的时间或从现实中进行诸如需要的问题。给更大的庇护所。因此，在这项研究中，为了解决这些出现在非平衡流线中的问题，分析了不使用MD方法的平衡摩擦力平衡摩擦力的自相关函数，以分析摩擦系数。目的是根据基本的力学流体动力学来建立一种提取方法。这项研究揭示了平衡力的自我相关功能与平衡摩擦力的固体摩擦系数通过与液体接触的运动方程式（假设流体力学）。具体而言，固体液体摩擦力的自相关函数与固体液体摩擦系数，摩擦摩擦核（表明摩擦力相）以及系统的大小以及微型时间尺度有关发现固体液体摩擦核的影响受宏观尺度的大小影响。此外，今年，我们提出了一种通过拟合微相关函数和宏之间的自我相关函数来计算摩擦系数的方法，该功能具有较小的摩擦内核和使用相关公式的系统大小。固体液体摩擦系数是可能的。但是，它不是特定于该方法的应用范围，即可以应用哪种固体表面或流体。

项目成果

固液摩擦力の揺らぎを用いた固液摩擦の周波数特性の抽出

利用固液摩擦力的波动提取固液摩擦的频率特性

• 发表时间: 2021
• 作者: Estacio Ian;Sianipar Corinthias P.M.;Onitsuka Kenichiro;Basu Mrittika;Hoshino Satoshi;大賀 春輝;大賀 春輝;楠戸 宏城;大賀 春輝
• 通讯作者: 大賀 春輝

縞状の濡れ性の分布を持つ固体面と単純液体の間の摩擦に関する非平衡分子動力学解析

具有条纹润湿性分布的固体表面与简单液体之间摩擦的非平衡分子动力学分析

• 发表时间: 2021
• 作者: Estacio Ian;Sianipar Corinthias P.M.;Onitsuka Kenichiro;Basu Mrittika;Hoshino Satoshi;大賀 春輝;大賀 春輝;楠戸 宏城;大賀 春輝;Haruki Oga;千崎 亮平;千崎 亮平
• 通讯作者: 千崎 亮平

Extraction of frequency-dependent solid-liquid friction by using equilibrium molecular dynamics analysis

使用平衡分子动力学分析提取频率相关的固液摩擦

• 发表时间: 2021
• 作者: Estacio Ian;Sianipar Corinthias P.M.;Onitsuka Kenichiro;Basu Mrittika;Hoshino Satoshi;大賀 春輝;大賀 春輝;楠戸 宏城;大賀 春輝;Haruki Oga
• 通讯作者: Haruki Oga

Theoretical framework for the atomistic modeling of frequency-dependent liquid-solid friction

频率相关液固摩擦原子建模的理论框架

• DOI: 10.1103/physrevresearch.3.l032019
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review Research
• 影响因子: 4.2
• 作者: Oga Haruki;Omori Takeshi;Herrero Cecilia;Merabia Samy;Joly Laurent;Yamaguchi Yasutaka
• 通讯作者: Yamaguchi Yasutaka

縞状の濡れ性の分布をもつ壁面の固液摩擦の異方性に関する非平衡分子動力学解析

条纹润湿性分布壁面固液摩擦各向异性的非平衡分子动力学分析

• 发表时间: 2021
• 作者: Estacio Ian;Sianipar Corinthias P.M.;Onitsuka Kenichiro;Basu Mrittika;Hoshino Satoshi;大賀 春輝;大賀 春輝;楠戸 宏城;大賀 春輝;Haruki Oga;千崎 亮平
• 通讯作者: 千崎 亮平