ナノスケール動的濡れ現象の分子動力学解析

纳米级动态润湿现象的分子动力学分析

• 批准号: 14F04364
• 负责人: 塩見 淳一郎
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14F04364/
• 关键词: 動的濡れ性; 分子動力学; ナノ表面構造; 界面熱抵抗; 動的濡れ現象

定常状態にある円形の液滴を基板に近づける過渡的なシミュレーション結果から接触線摩擦係数を計算した．はじめに，静的接触角とスリップ長を分子動力学計算より求め，これらを入力とした連続体計算と行った結果，仮に連続体計算の接触線摩擦をゼロとした場合でも分子動力学計算の濡れ速度が連続体計算のそれよりも速くなることが分かった． 次に，MKT理論を通じて分子動力学計算から直接的に接触線摩擦を求める手法を実践した結果，例えばグラフェン上ではOh数が1以下となり，慣性力が支配的になることがわかった．各種平滑表面の液滴の濡れ半径を見ると，固体面の濡れ性によって動的濡れ挙動が明確に異なることがわかった．一方で，濡れ半径を平衡濡れ半径で規格化し，時間を慣性スケーリングで規格化すると濡れ半径の時系列は同一曲線状に一致した．これにより，本研究における濡れ現象は表面の濡れ性に依らず慣性支配であることがわかった．さらに，欠陥を設けた表面上での，液滴の濡れ半径の時系列を調べた．欠陥は表面層のグラフェンに異なる大きさの四角形の穴を等数密度で空けることによってモデルした結果，下地が銅の場合は初期の濡れ挙動は欠陥の大きさに依存しないことが明らかになった．一方で，下地がグラファイトの場合は濡れ挙動が欠陥の大きさに依存することがわかった．次に，金/SAM膜/水の系において界面熱輸送について，温度依存性のメカニズムを明らかにするべく，界面近傍の水の層構造や分子振動の状態密度の変化や異方性を評価した． SAMとの界面近傍の水の密度を詳細に評価したところ，撥水表面ではSAMと水の間に隙間が空いているため，分子の運動エネルギーによって空間に進入する水分子の数が大きく異なり，その結果密度が温度に強く依存することがわかった．一方，親水温度依存性は界面でのSAMと水の距離が近いため，密度は高止まりした．

接触线摩擦系数是根据瞬态模拟的结果计算的，其中稳态的圆形液滴靠近基底。首先，我们使用分子动力学计算求出静态接触角和滑移长度，并使用它们作为输入进行连续体计算，我们发现即使连续体计算中的接触线摩擦力设置为零，分子动力学计算中的润湿也会发生。发现速度比连续介质计算要快。 接下来，我们实施了一种利用MKT理论从分子动力学计算中直接获得接触线摩擦力的方法，结果发现，例如在石墨烯上，Oh数小于1，惯性力占主导地位。观察液滴在各种光滑表面上的润湿半径，我们发现动态润湿行为根据固体表面的润湿性而明显不同。另一方面，当润湿半径通过平衡润湿半径归一化并且时间通过惯性标度归一化时，润湿半径的时间序列匹配相同的曲线。这表明，无论表面的润湿性如何，本研究中的润湿现象都是由惯性主导的。此外，我们研究了有缺陷的表面上液滴润湿半径的时间序列。通过在石墨烯表面层以相同密度制作不同尺寸的方孔来模拟缺陷，结果发现当底层是铜时，初始润湿行为不依赖于缺陷的尺寸。另一方面，当基材是石墨时，发现润湿行为取决于缺陷的大小。接下来，为了阐明金/SAM 膜/水系统中界面热传输的温度依赖性机制，我们评估了界面附近水的层结构、分子振动态密度的变化和各向异性。 ．对 SAM 界面附近水密度的详细评估表明，在防水表面上，SAM 和水之间存在间隙，因此进入该空间的水分子数量根据动能变化很大结果发现，分子的密度很大程度上取决于温度。另一方面，由于亲水性的温度依赖性，由于界面处 SAM 和水之间的距离很近，密度仍然很高。

项目成果

Control of thermal transport across a solid-liquid interface by using self-assembled monolayer

使用自组装单分子层控制固液界面的热传输

• 发表时间: 2015
• 作者: Shih-Wei Hung;Junichiro Shiomi;Gota Kikugawa
• 通讯作者: Gota Kikugawa

Investigation of dynamic wetting on graphene using molecular dynamics simulations

使用分子动力学模拟研究石墨烯的动态润湿

• 发表时间: 2017
• 作者: Shih-Wei Hung;Junichiro Shiomi
• 通讯作者: Junichiro Shiomi

Mechanism of Temperature Dependent Thermal Transport across the Interface between Self-Assembled Monolayer and Water

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b09516
• 发表时间: 2016-11
• 期刊: Journal of Physical Chemistry C
• 影响因子: 3.7
• 作者: S. Hung;G. Kikugawa;J. Shiomi

TIM材の研究の現状と課題

TIM材料研究现状及问题

• 发表时间: 2014
• 作者: Shih-Wei Hung;Junichiro Shiomi;Gota Kikugawa;塩見淳一郎
• 通讯作者: 塩見淳一郎

Dynamic Wetting on Graphene-Coated Surface: Molecular Dynamics Investigation

石墨烯涂层表面的动态润湿：分子动力学研究

• 发表时间: 2015
• 作者: Shih-Wei Hung;Junichiro Shiomi
• 通讯作者: Junichiro Shiomi