高分子コロイド系におけるナノ構造形成に関する計算科学的研究

聚合物胶体体系中纳米结构形成的计算科学研究

• 批准号: 13740248
• 负责人: 寺尾 貴道
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13740248/
• 关键词: コロイド; 分散系; 電気二重層; 高分子; 動力学法; 構造形成; 計算科学; モンテカルロ法; 高分子電解質

高分子コロイド分散系は、高分子系・生体などにおいて普遍的に存在する物質であり、その性質を明らかにすることは基礎科学・工学的応用の両面において重要である。また、系の電解質濃度を変化させることにより、コロイド粒子は凝集してクラスターを形成(ゲル化)する事が知られている。本研究では、このような高分子コロイド系のナノ構造形成、およびその動的性質に関連した問題について、計算機シミュレーションの立場から明らかにした。具体的には、以下の二点に関して計算科学的研究を行った。(1)表面・界面を含むクーロン粒子系に適した、高速化分子動力学計算手法の開発を行った。本研究により、比較的粒子数の多い系における計算を行う事が容易となった。また、本計算手法を高分子電解質ブラシ系の問題に適用し、その構造形成、特に電解質濃度依存性およびブラシ層のグラフト密度依存性に関して数値的に明らかにした。(2)溶液中のソフトマテリアルにおけるクーロン多体効果について明らかにするため、荷電コロイド粒子系における分子動力学シミュレーションを行った。特に、荷電表面・界面における対イオン凝集現象、およびその粒子サイズ依存性(排除体積効果)に関して、定量的に明らかにした。

聚合物胶体分散体是普遍存在于聚合物系统和生物生物体中的物质，对于基础科学和工程应用来说，阐明其性质非常重要。还知道，通过更改系统的电解质浓度，胶体颗粒聚集并形成簇（胶化）。这项研究阐明了与来自计算机模拟的角度的聚合物胶体系统纳米结构及其动态特性有关的问题。具体而言，对以下两个点进行了计算科学研究：（1）我们开发了一种适用于包含表面和界面的库仑粒子系统的加速分子动力学计算方法。这项研究使在粒子计数相对较大的系统中进行计算变得更加容易。此外，将此计算方法应用于聚合物电解质刷系统的问题，并在数值上阐明了结构形成，尤其是电解质浓度的依赖性和刷子层的移植密度。 （2）为了阐明溶液中软材料中的库仑多体效应，进行了带电胶体颗粒系统中的分子动力学模拟。特别地，定量阐明了带电表面和界面和粒径依赖性（排除体积效应）处的反构汇总现象。

项目成果

Takamichi Terao: "Charge inversion of colloidal particles in an aqueous solution : screening by multivalent ions"Physical Review E. 63・4. 041401-1-041401-6 (2001)

Takamichi Terao：“水溶液中胶体粒子的电荷反转：通过多价离子筛选”Physical Review E. 63・4（2001）。

Takamichi Terao: "Interparticle force between like-charged colloidal systems : A numerical study"Colloids and Surfaces A. 182・1-3. 299-304 (2001)

Takamichi Terao：“同电荷胶体系统之间的粒子间力：数值研究”Colloids and Surfaces A. 182・1-3 (2001)。

Takamichi Terao: "Crossover phenomena in flocculations of colloidal suspensions : The effect of shear flow"Physica A. 320C. 77-83 (2003)

Takamichi Terao：“胶体悬浮液絮凝中的交叉现象：剪切流的影响”Physica A. 320C。

Takamichi Terao: "Monte Carlo study of attractive interaction between charged colloids"Studies in Surface Science and Catalysis. 132. 379-382 (2001)

Takamichi Terao：“带电胶体之间吸引力相互作用的蒙特卡罗研究”表面科学和催化研究。

Takamichi Terao: "Observation of antiferromagnetic fractons : Analysis of inelastic neutron scattering experiments"Physical Review B. 66・13. 132409-1-132409-4 (2002)

寺尾高道：“反铁磁分形的观察：非弹性中子散射实验的分析”物理评论 B. 66・13（2002）