粒子表面に解離基を持つコロイド粒子は、水のように大きな誘電率をもつ溶媒中に分散すると、解離基から溶媒中に対イオンが放出され粒子表面は電荷を帯びる。荷電コロイド分散系では溶媒中を運動する対イオンの時間スケールはコロイド粒子のそれらより何桁も小さく、全くスケールの異なる階層構造が存在している。このようなマルチスケールの階層性はコロイド分散系をはじめソフトマターに共通して見られ、これが計算機シミュレーションを困難にしている最大の要因である。この問題を克服するために、私達のプロジェクトでは複雑液体に分散したコロイド粒子に対する新しいシミュレーション方法として現在Smoothed Profile(SP)法の開発を行っている。
SP法はミクロな対イオンを粗視化された連続体モデルで記述しマクロなコロイド粒子の粒子描像と組み合わせたハイブリッド型シミュレーション方法であり、このように粒子描像と連続体描像を併用することで両者の自由度とそれらのあいだの相互作用を物理的に正しく記述し、マルチスケールにまたがる複雑な現象を解析していくことを大きな特徴としてもっている。また溶媒の速度場をNavier-Stokes方程式を解くことによってコロイド分散系における流体力学相互作用を正確に扱うことを実現しており、静電相互作用と流体力学相互作用のカップリングが本質的に重要であるコロイドの電気泳動のような界面動電現象の理解に役立つと期待している。本講演では荷電コロイドに対するSP法を概観しいくつかのデモンストレーションを紹介する。特に電気泳動現象について焦点を当て古典的理論との比較などをおこない、SP法によるシミュレーションの妥当性について議論したい。
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