Yasuoka Laboratory

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気液界面近傍における吸着分子挙動の解明

 吸着現象は生活と密接に関係しています.たとえば日頃我々は洗剤分子を非混合性の水と油の境界へと吸着させ水油間の界面張力を低下させることで油汚れを洗浄していますし,消しゴムを使用する際は紙面に付着した黒鉛粉末を高分子表面へと吸着させています.

 また吸着は工業分野においても重要な役割を果たしており,最近では特殊な加工を施した金属もしくはガラス表面に分子を単分子膜状に吸着させることでナノサイズの機能性薄膜を形成させる試みがなされています.

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シリカガラス表面上の吸着膜内部に形成するクラスター構造の研究

 二成分液体と固体との界面には二成分液体の一方の成分が優先的に吸着することが知られていますが, 例えば高分子界面活性剤水溶液と疎水性固体との界面には界面活性剤分子の吸着膜が形成されます. 現在までに実験によってシリカガラス表面上の様々なアルコールとシクロヘキサンとの混合溶液のアルコール分子吸着膜の分子構造が研究されていますが, 分子構造の細部までは未だ明らかになっていません.また分子の構造の違いによるクラスター構造の違いについても未知な部分が多く, 分子論的な見知からの研究が必要とされています.本研究では,アルコール及びアルコールとシクロヘキサンとの混合溶液が, シリカガラス表面上の吸着膜内部に形成する分子クラスター構造を解明することを目的としています.これらが明らかになれば,材料表面の摩擦や潤滑の精密制御が可能となり,様々な材料への応用が期待されます.

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シリカガラス表面上に配置したアルコール・シクロヘキサン混合溶液の分子動力学シミュレーション

 
固体壁面近傍(縦方向にエタノール分子の異方性) バルク状態

関連論文

  • Shibuya, T., Yasuoka, K., Mirbt, S. and Sanyal, B., "Bipolaron Formation Induced by Oxygen Vacancy at Rutile TiO2(110) Surfaces", J. Phys. Chem. C, 118, 9429(2014). DOI : 10.1021/jp410596d
  • Shibuya, T., Goto, Y., Kamihara, Y., Matoba, M., Yasuoka, K., Burton, L.A., and Walsh, A., "From kesterite to stannite photovoltaics: stability and band gaps of the Cu2(Zn,Fe)SnS4 alloy", App. Phys. Lett., 104, 021912(2014). DOI : 10.1063/1.4862030
  • Koishi, K., Yasuoka, K., Willow S.Y., Fujikawa S., and Zeng X.C., "Molecular Insight into Different Denaturing Efficiency of Urea, Guanidinium, and Methanol: A Comparative Simulation Study", J. Chem. Theory Comput., 9, 2540(2013). DOI : 10.1021/ct3010968
  • Kholmurodov, K., Dushanov, E., Yasuoka, K., Khalil, H., Galal, A., Ahmed, A., Sweilam, N. and Moharram, H., , "Molecular Dynamics Simulation of the Interaction of Ethanol - Water Mixture with a Pt Surface", Natural Science, 3, 1011(2011). DOI : 10.4236/ns.2011.312126
  • Kaneko, T., Akimoto, T., Yasuoka, K., Mitsutake, A., and Zeng, X. C., "Size Dependent Phase Changes in Water Clusters", J. Chem. Theory Comput., 7, 3083(2011). DOI : 10.1021/ct200458m
  • Koishi, T., Yasuoka, K., Fujikawa, S., and Zeng, X. C., "Measurement of Contact-Angle Hysteresis for Droplets on Nanopillared Surface and in the Cassie and Wenzel States: A Molecular Dynamics Simulation Study", ACS Nano, 5, 6834(2011). DOI : 10.1021/nn2005393
  • Sakamaki, R., Sum, A. K., Narumi, T., Ohmura, R., and Yasuoka, K., "Thermodynamic Properties of Methane/Water Interface Predicted by Molecular Dynamics Simulations", J. Chem. Phys., 134, 144702(2011). DOI : 10.1063/1.3579480
  • Sakamaki, R., Sum, A. K., Narumi, T., and Yasuoka, K., "Molecular dynamics simulations of vapor/liquid coexistence using the nonpolarizable water models ", J. Chem. Phys., 134, 124708(2011). DOI : 10.1063/1.3574038
  • Koishi, T., Yasuoka, K., Fujikawa, S., Ebisuzaki, T., and Zeng, X.C., "Coexistence and transition between Cassie and Wenzel state on pillared hydrophobic surface", PNAS, 106, 8435(2009). DOI : 10.1073/pnas.0902027106
  • Koishi, T., Yasuoka, K., Zeng, X. C., and Fujikawa, S., "Molecular dynamics simulations of urea‒water binary droplets on flat and pillared hydrophobic surfaces", Faraday Disc., 146, 185(2010). DOI : 10.1039/b926919c
  • 坂牧隆司,成見哲,泰岡顕治, "グラフィックカードを用いた水表面張力の高速分子動力学シミュレーション", 情報処理学会論文誌.コンピューティングシステム, 2, 89-97(2009).
  • Andoh, Y., Kurahashi, K., Sakuma, H., Yasuoka, K., Kurihara, K.,, "Anisotropic molecular clustering in liquid ethanol induced by a charged fully hydroxylated silicon dioxide (SiO2) surface", Chem. Phys. Lett., 448, 253-257(2007). DOI : 10.1016/j.cplett.2007.10.008
  • Andoh, Y., Yasuoka, K., "Molecular understanding of dynamical properties of the vapor/ethanol-aqueous-solution interface", Molecular Simulation, 33, 139(2007). DOI : 10.1080/08927020601075337
  • Andoh, Y., Yasuoka, K., "Hydrogen-bonded clusters on the vapor/ethanol-aqueous-solution", Journal of Physical Chemistry B, 110, 23264(2006). DOI : 10.1021/jp061150k
  • Andoh, Y., Yasuoka, K., "Two-dimensional supercritical behavior of an ethanol monolayer: A molecular dynamics study", Langmuir, 21, 10885-10894(2005). DOI : 10.1021/la051384f
  • Kholmurodov, K., Puzynin, I., Smith, W., Yasuoka, K., Ebisuzaki, T., "MD simulation of cluster-surface impacts for metallic phases: soft landing, droplet spreading and implantation", Computer Physics Communications, 141, 1-16(2001). DOI : 10.1016/S0010-4655(01)00292-2
  • Matsumoto, M., Yasuoka, K., Kataoka, Y., "Molecular Simulation of Evaporation and Condensation", Fluid Phase Equilibria, 104, 431-439(1995). DOI : 10.1016/0378-3812(94)02667-P
  • Yasuoka, K., Matsumoto, M., Kataoka, Y., "Dynamics near a Liquid Surface: Mechanisms of Evaporation and Condensation", Journal of Molecular Liquid, 65, 329-332(1995). DOI : 10.1016/0167-7322(95)00892-0
  • Matsumoto, M., Yasuoka, K., Kataoka, Y., "Evaporation and Condensation at a Liquid Methanol Surface", THEOCHEM - Journal of Molecular Structure, 318, 161-168(1994). DOI : 10.1016/S0166-1280(09)80094-8
  • Yasuoka, K., Matsumoto, M., Kataoka, Y., "Evaporation and Condensation as a Unimolecular Chemical Reaction: Does the Potential Barrier Exist at a Molecular Liquid Surface?", Bulletin of the Chemical Society of Japan, 67, 859-862(1994). DOI : 10.1246/bcsj.67.859
  • Matsumoto, M., Yasuoka, K., Kataoka, Y., "Microscopic Features of Evaporation and Condensation at Liquid Surfaces: Molecular Dynamics Simulation", Thermal Science & Engineering, 2, 64-69(1994). DOI : 10.1080/08927029608024075
  • Matsumoto, M., Yasuoka, K., Kataoka, Y., "Evaporation and Condensation at a Liquid Surface. II. Methanol", Journal of Chemical Physics, 101, 7912-7917(1994). DOI : 10.1063/1.468217
  • Yasuoka, K., Matsumoto, M., Kataoka, Y., "Evaporation and Condensation at a Liquid Surface. I. Argon", Journal of Chemical Physics, 101, 7904-7911(1994). DOI : 10.1063/1.468216

関連発表(国際学会)

  • Daisuke Murakami, Kenji Yasuoka, "Molecular dynamics simulation of water adsorbed on ice nucleation protein", International Workshop MSSMBS'10 "Molecular Simulation Studies in Material and Biological Sciences", Moscow, Russia, Sep., 2010.
  • Kenji Yasuoka, "Surface Tension of Water with Rigid Models", The International Association for the Properties of Water and Steam 2010 Annual Meeting, Ontario, Canada, Jul., 2010.
  • Ryuji Sakamaki, Ryo Ohmura, Tetsu Narumi, and Kenji Yasuoka, "Molecular Dynamics Simulation of Adsorption on Water/Methane Interface", 15th International Conference on the Properties of Water and Steam, Berlin, Germany, Sep., 2008.
  • Takahiro Koishi, Kenji Yasuoka, X. C. Zeng and S. Fujikawa, "Molecular Dynamics Simulation of Water Droplet on a Rough Surface", 15th International Conference on the Properties of Water and Steam, Berlin, Germany, Sep., 2008.
  • Makoto Furuya, Yoshimichi Ando, Kenji Yasuoka, and Kazue Kurihara, "Variation for Microscopic Structure of Ethanol/Cyclohexane Binary Liquid With Mole Fraction and Molecular Description of Self-Diffusion Coefficient of Ethanol", International Workshop MSSMBS'06 "Molecular Simulation Studies in Material and Biological Sciences", Dubna, Russia, Sep., 2006.
  • Yoshimichi Andoh, Kenji Kurahashi, Hiroshi Sakuma, Kenji Yasuoka, and Kazue Kurihara, "Molecular dynamics investigation of ethanol macrocluster on H-terminated SiO2 surface", 80th ACS Colloid and Surface Science Symposium, Boulder, Colorado, USA, Jun., 2006.
  • Yoshimichi Andoh and Kenji Yasuoka, "Molecular Structure and Dynamics at the Vapor/Ethanol-Aqueous-Solution Interface", Symposium on Progress and Future Prospects in Molecular Dynamics Simulation -In Memory of Professor Shuichi Nose-, Yokohama, Japan, Jun., 2006.
  • Yoshimichi Ando, Masatoshi Furuya, Kenji Yasuoka, and Kazue Kurihara, "Variation for Microscopic Structure of Ethanol/Cyclohexane Binary Liquid with Molar Fraction and Molecular Description of Diffusion Coefficient of Ethanol", Symposium on Progress and Future Prospects in Molecular Dynamics Simulation -In Memory of Professor Shuichi Nose-, Yokohama, Japan, Jun., 2006.
  • Yoshimichi Andoh, Kenji Kurahashi, Hiroshi Sakuma, Kenji Yasuoka, and Kazue Kurihara, "Molecular Dynamics Simulation of Ethanol Macrocluster on H-terminated SiO2 Surface", Symposium on Progress and Future Prospects in Molecular Dynamics Simulation -In Memory of Professor Shuichi Nose-, Yokohama, Japan, Jun., 2006.
  • Yoshimichi Andoh, Shogo Enomoto, Kenji Yasuoka and Kazue Kurihara, "Microscopic Structural Transition in Ethanol/Cyclohexane Binary Liquid with Molar Fraction and its Influence on Macroscopic Properties", 8th US National Congress on Computational Mechanics (USNCCM), Austin, USA, Jul., 2005.
  • Yoshimichi Andoh and Kenji Yasuoka, "Molecular Dynamics Study of Ethanol Monolayer: 2D Percolation Transition and its Influence on Macroscopic Properties", 6th Liquid Matter Conference, Utrecht, the Netherlands, Jul., 2005.
  • Takahiro Koishi, Kenji Yasuoka, S. Yoo, X. C. Zeng, "Large Scale Molecular Dynamics Simulation of Nanobubble Formation by Nanoscale Hydrophobic Interaction", 6th Liquid Matter Conference, Utrecht, the Netherlands, Jul., 2005.
  • Yoshimichi Andoh and Kenji Yasuoka, "Dependency of Adsorption and Desorption Probabilities on Two-Dimensional States of Adsorbed Monolayerq", 14th International Conference on the Properties of Water and Steam (14th ICPWS), Kyoto, Japan, Aug., 2004.
  • Yusuke Kakinuma, Kenji Yasuoka, and Tamio Ikeshoji, "Molecular Dynamics Simulation of Clustering Process from Liquid Droplet with Adiabatic Expansion", Joint Meeting: "International Conference on Molecular Simulation (ICMS)" and "Computational Science Workshop 2004 (CSW2004)", Tsukuba, Japan, Jan., 2004.
  • Yoshimichi Andoh and Kenji Yasuoka, "Relation between the Gaseous-Liquid Phase Transition at the Air/Water Interface and Adsorption/Desorption Dynamics", Joint Meeting: "International Conference on Molecular Simulation (ICMS)" and "Computational Science Workshop 2004 (CSW2004)", Tsukuba, Japan, Jan., 2004.
  • Kenji Yasuoka, "Molecular dynamics simulation for adsorption and desorption of ethanol molecule on water vapor-liquid interface", Annual Meeting of the International Association for the Properties of Water and Steam, Vejle, Denmark, Sep., 2003.

関連発表(国内学会)

  • 坂牧隆司,アマデウスム,成見哲,大村亮,泰岡顕治, "Direct Coexistence法を用いた固液または気液平衡の分子シミュレーション", 第25回分子シミュレーション討論会, 大岡山, 日本, 2011年12月.
  • 佐藤豪洋, 泰岡顕治, "第一原理分子動力学法によるシリカガラス表面のエタノール分子の解析", 第24回分子シミュレーション討論会, 福井, 日本, 2010年11月.
  • 村上大介, 泰岡顕治, "氷タンパク質表面上の水分子クラスターの解析", 第24回分子シミュレーション討論会, 福井, 日本, 2010年11月.
  • 古石貴裕, 泰岡顕治, X. C. Zeng, 藤川茂紀, 戒崎俊一, "ナノ構造固体表面での水滴の濡れ性", 第23回分子シミュレーション討論会, 愛知, 日本, 2009年11月.
  • Ryuji Sakamaki, Ryo Ohmura, Tetsu Narumi, Kenji Yasuoka, "Calculation of Thermodynamics Properties on Methane / Water Interface Using fast Molecular Dynamics Simulation", The 3rd Mini-Symposium on Liquids, 岡山, 日本, 2009年06月.
  • 坂牧隆司, 成見哲, 大村亮, 泰岡顕治, "水/メタン気液界面の分子動力学シミュレーション", 第46回日本伝熱シンポジウム, 京都, 日本, 2009年06月.
  • 坂牧隆司,成見哲,大村亮,泰岡顕治, "水気液界面の分子動力学シミュレーション", 第29回熱物性シンポジウム, 東京, 日本, 2008年10月.
  • 古石貴裕,泰岡顕治,X.C.Zeng,戎崎俊一,藤川茂紀, "水滴に対する表面構造の疎水効果の分子動力学シミュレーション", 日本物理学会2007年春期大会, 鹿児島, 日本, 2007年03月.
  • 高橋和義,泰岡顕治,成見哲, "分子動力学シミュレーションにおけるIPS法とCutoff法による動的性質の比較", 第56回理論応用力学講演会, 東京, 日本, 2007年03月.
  • 古石貴裕,泰岡顕治,X.C.Zeng,戎崎俊一, "水ドロップレットに対する疎水表面の形状効果", 第20回分子シミュレーション討論会, 仙台, 日本, 2006年11月.
  • 倉橋健之,安藤嘉倫,佐久間博,泰岡顕治,栗原和枝, "アルコール液体とシリカガラス固体界面におけるクラスター構造", 第20回分子シミュレーション討論会, 仙台, 日本, 2006年11月.
  • 倉橋健之,安藤嘉倫,佐久間博,泰岡顕治,栗原和枝, "シリカガラス表面上におけるプロパノールの分子クラスター構造形成に関する分子動力学的研究", 熱工学コンファレンス2006, 横浜, 日本, 2006年11月.
  • 安藤嘉倫, 泰岡顕治, "エタノール水溶液気液界面におけるエタノール分子挙動", 第19回分子シミュレーション討論会, 岡崎, 日本, 2005年11月.
  • 安藤嘉倫,倉橋健之,佐久間博,泰岡顕治,栗原和枝, "固液界面に形成されるエタノールマクロクラスターの構造および安定性の評価", 第19回分子シミュレーション討論会, 岡崎, 日本, 2005年11月.
  • 安藤嘉倫,倉橋健之,佐久間博,泰岡顕治,栗原和枝, "エタノール/シクロヘキサン溶液とシリカガラス界面におけるエタノールマクロクラスター形成機構の解明", 第18回計算力学講演会, つくば, 日本, 2005年11月.
  • 安藤嘉倫,古谷真寿,泰岡顕治,栗原和枝, "エタノール/シクロヘキサン混合溶液系での エタノール相互拡散係数モル比依存性の分子論的解釈", 第26回日本熱物性シンポジウム, つくば, 日本, 2005年11月.
  • 安藤嘉倫, 古谷真寿, 泰岡顕治, 栗原和枝, "エタノール/シクロヘキサン混合溶液の溶液モル比率依存性およびエタノール拡散係数変化の分子論的解釈", 熱工学コンファレンス2005, 岐阜, 日本, 2005年11月.
  • 三好達也,泰岡顕治,池庄司民夫, "分子動力学法による液滴からのクラスター生成機構の解明", 第42回日本伝熱シンポジウム, 仙台, 日本, 2005年06月.
  • 安藤嘉倫,榎本正悟,泰岡顕治, "エタノール/シクロヘキサン二成分溶液構造の分子動力学的研究", 第42回日本伝熱シンポジウム, 仙台, 日本, 2005年06月.
  • 安藤嘉倫, 泰岡顕治, "エタノール単分子吸着膜の二次元超臨界挙動と吸着ダイナミクスとの関係", 第18回分子シミュレーション討論会, 京都, 日本, 2004年12月.
  • 安藤嘉倫,榎本正悟,泰岡顕治, "シリカガラス表面上でのエタノールマクロクラスター形成過程の分子動力学シミュレーション", 第18回分子シミュレーション討論会, 京都, 日本, 2004年12月.
  • 安藤嘉倫, 泰岡顕治, "クラスタ解析法によるエタノール単分子吸着膜の二次元的状態相の特定", 熱工学コンファレンス2004, 仙台, 日本, 2004年11月.
  • 安藤嘉倫, 泰岡顕治, "気液界面に形成されるエタノール単分子吸着膜の二次元的状態相の特定", 第25回日本熱物性シンポジウム, 長野, 日本, 2004年10月.
  • 安藤嘉倫, 泰岡顕治, "単分子吸着膜の二次元的状態相と吸着ダイナミクスとの関係", 第41回日本伝熱シンポジウム, 富山, 日本, 2004年05月.
  • 柿沼雄介,泰岡顕治,池庄司民夫, "液滴断熱膨張によるクラスター生成の分子動力学シミュレーション", 第16回計算力学講演会, 神戸, 日本, 2003年11月.
  • 安藤嘉倫, 泰岡顕治, "分子動力学計算による気液界面近傍での吸着分子ダイナミクスの解明", 第16回計算力学講演会, 神戸, 日本, 2003年11月.
  • 柿沼雄介,泰岡顕治,池庄司民夫, "液滴断熱膨張によるクラスター生成の分子動力学シミュレーション", 熱工学コンファレンス2003, 金沢, 日本, 2003年11月.
  • 安藤嘉倫, 泰岡顕治, "分子動力学シミュレーションによる速度支配型吸着モデルの評価", 第24回熱物性シンポジウム, 岡山, 日本, 2003年10月.
  • 安藤嘉倫,泰岡顕治, "分子動力学シミュレーションによる非平衡吸着現象混合速度モデルの評価", 第40回日本伝熱シンポジウム, 広島, 日本, 2003年05月.
  • 安藤嘉倫, 泰岡顕治, "気液界面における界面活性剤分子の吸着現象の評価", 第16回分子シミュレーション討論会, 新潟, 日本, 2002年12月.
  • 柿沼雄介,泰岡顕治,池庄司民夫, "液滴の断熱膨張によるクラスター生成のシミュレーション", 第16回分子シミュレーション討論会, 新潟, 日本, 2002年12月.
  • 柿沼雄介,泰岡顕治, "液滴の断熱膨張によるクラスター生成の分子動力学シミュレーション", 第39回日本伝熱シンポジウム, 札幌, 日本, 2002年06月.
  • Ann V.V. Tran,古石貴裕,大口晃司,泰岡顕治,成見哲, 薄田竜太郎,古沢秀明,戎崎俊一, "Molecular Dynamics Simulation for Water-AgI with a Special Purpose Computer", 第14回分子シミュレーション討論会, 名古屋, 日本, 2001年01月.
  • K. Kholmurodov,I. Puzynin,W. Smith,泰岡顕治,戎崎俊一, "MD Simulation of Cluster-Surface Impact Process for Metallic Phases", 第14回分子シミュレーション討論会, 名古屋, 日本, 2001年01月.

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