Discretization of molecular liquid dynamics

分子液体动力学的离散化

基本信息

批准号：
22K03553
负责人：
岩下拓哉
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Oita University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

分子性液体の粘度の微視的起源と局所構造緩和を探索するために，シリコン，水，塩水，シリカの液体状態を対象とした研究を実施した．分子動力学シミュレーションを用いた計算では，局所構造緩和の素過程を検出するために，シリコンや水、シリカの配位数変化に着目し，粘度を特徴づけるマクスウェル緩和時間との関係性について調べた。結果，液体金属で得られたような単純な関係は見出すことはできなかった．ただし，マクスウェル緩和時間よりもむしろ応力の緩和挙動を注意深く観察したところ，高温状態でさえ，二段階緩和していることがわかり，長時間側の緩和時間は四面体構造に由来した局所構造緩和時間と一致することを発見した. ネットワーク形成型の液体は，強い方向性の結合を持つことに加えて，配位数が４程度と比較的小さい値を取り，時間的な揺らぎが大きくなってしまう．結果的に，非常に大きな高周波せん断弾性率を有し，この弾性率を利用して見積もったマクスウェル緩和時間は，構造緩和時間よりもかなり小さな時間(振動に相当する時間)となってしまうと考えられる．分子性液体の応力の構造緩和に直接着目することで，液体金属で見出された関係式が成り立つことは非常に重要であり，今回，三種類の分子性液体でも材料によらず成り立つことを見出した．本研究成果は，日本物理学会九州支部会で報告した．また，塩の添加により粘度が現象する水溶液の粘度の特異な振る舞いを理解するために，温度依存性に着目し，温調機能をもつ回転粘度計を設置し，水溶液の粘度取得のための準備を今年度整備した．塩と水が混ざった水溶液は典型的な分子性液体であり，異常な粘度挙動を示すことから，粘度の微視的描像の理解に寄与すると考えられる．さらに，次年度に向けて分子シミュレーションを使ってNaCl水溶液の応力のデータ取得を行なった．

为了探索分子液体粘度的微观起源和局部结构放松，对硅，水，盐水和二氧化硅的液态进行了研究。在使用分子动力学模拟的计算中，我们专注于硅，水和二氧化硅的配位数的变化，以检测局部结构弛豫的基本过程，并研究了与麦克斯韦的放松时间的关系，这表征了粘度。结果，我们找不到与液体金属获得的简单关系。然而，仔细观察压力的放松行为，而不是麦克斯韦的放松时间，发现即使在高温条件下，也发现了两个阶段的放松，并且长期的放松时间与始于四面体结构的局部结构松弛时间一致。除了具有较强的方向键外，网络形成的液体的配位数相对较小，大约为4，从而导致更大的时间波动。结果，它具有非常大的高频剪切模量，并且人们认为使用该模量估算的麦克斯韦松弛时间比结构放松时间（等于振动的时间）小得多。通过直接集中在分子液体中应力的结构松弛上，在液体金属中发现的关系成立非常重要，我们现在发现，即使是三种类型的分子液体，无论物质如何，都具有真实性。这项研究的结果在日本物理学会的九州分会会议上报道。此外，为了理解水溶液的粘度的独特行为，这会导致由于盐的添加而导致粘度发生，我们专注于温度依赖性，并安装了具有温度控制功能的旋转粘度器，并准备了今年水溶液粘度的准备准备。含有盐和水的水溶液是典型的分子液体，表现出异常的粘度行为，这被认为有助于理解粘度的显微镜图像。此外，在下一个财政年度，我们使用分子模拟在NaCl溶液中获得应力数据。