[論文レビュー] A Lattice-Gas Model of Microemulsions

Bruce M. Boghosian, Peter V. Coveney+1 more|UCL Discovery (University College London)|Jul 11, 1995

Theoretical and Computational Physics被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、非可溶性格子ガスフレームワークに、微視的な粒子的記述とChan-Liang相互作用の規定を組み合わせることで、非平衡状態下におけるマイクロエマルジョンの非平衡ダイナミクスをシミュレートできる格子ガスモデルを提示する。このモデルは、相分離やドロイド形成を含むマイクロエマルジョンの主要な物性現象を正確に再現し、平衡モデルとは異なり、非平衡条件下での動的で時間発展する挙動を捉えている点で特徴づけられる。

ABSTRACT

We develop a lattice gas model for the nonequilibrium dynamics of microemulsions. Our model is based on the immiscible lattice gas of Rothman and Keller, which we reformulate using a microscopic, particulate description so as to permit generalisation to more complicated interactions, and on the prescription of Chan and Liang for introducing such interparticle interactions into lattice gas dynamics. We present the results of simulations to demonstrate that our model exhibits the correct phenomenology, and we contrast it with both equilibrium lattice models of microemulsions, and to other lattice gas models.

研究の動機と目的

• マイクロエマルジョンの非平衡ダイナミクスをシミュレートできる格子ガスモデルの開発を目的とする。
• 複雑な粒子間相互作用をより柔軟にモデル化できるように、非可溶性格子ガスモデルに微視的・粒子的記述を組み込むことによる拡張を目的とする。
• 格子ガスフレームワークにChan-Liangの規定を統合し、現実的な流体力学的および熱力学的挙動を可能にする。
• 本モデルが、非平衡条件下においても相分離やドロイド形成といったマイクロエマルジョンの主要な物性現象を正しく再現することを示す。
• 本モデルを平衡格子モデルおよび他の格子ガス手法と比較し、動的進化を捉える点での優位性を強調する。

提案手法

• RothmanとKellerの非可溶性格子ガスモデルを出発点とし、一般化された複雑な相互作用に適応可能な微視的・粒子的記述に再定式化する。
• 粒子間相互作用をChan-Liangの規定を用いて実装し、格子ガスダイナミクスにおける粒子間有効力の組み込みを可能にする。
• 定期的なグリッド上での流体の流れと粒子間相互作用をシミュレートするため、格子ベースの離散速度運動論モデルを用いる。この際、保存則を保持する。
• 粒子間相互作用をモデル化し、局所的な運動量およびエネルギー保存則を強制するために、確率的衝突則を適用する。
• 非平衡状態下でシステムをシミュレートし、マイクロエマルジョン構造の自発的形成を観察する。
• シミュレーション結果を、ドロイドサイズ分布や相分離ダイナミクスといった既知のマイクロエマルジョン行動と比較することで、モデルの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 粒子的記述に基づく格子ガスモデルは、マイクロエマルジョンの非平衡ダイナミクスを正確に再現できるか？
• RQ2 Chan-Liang型の粒子間相互作用は、格子ガスフレームワーク内でのマイクロエマルジョンドロイドの形成および安定性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 提案されたモデルは、非平衡条件下においても、相分離やドロイド凝集といったマイクロエマルジョンの主要な物性現象を再現できるか？
• RQ4 本モデルの動的挙動は、マイクロエマルジョンの平衡格子モデルとどのように異なるか？
• RQ5 相互作用パラメータの調整によって、異なるマイクロエマルジョン相（例：膜状、球状、二重連続的）の遷移をモデルが捉えることができるか？

主な発見

• 本モデルは、マイクロエマルジョンドロイドの形成および相分離を正確に再現し、実際のマイクロエマルジョンの主要な物性現象を示している。
• Chan-Liang型の相互作用の組み込みにより、シミュレーション内で現実的な流体的結合および界面張力効果が実現された。
• 本モデルは、時間経過に伴うドロイド凝集や再構成を含む、非平衡マイクロエマルジョン進化と整合する動的挙動を示している。
• シミュレーションでは、適切な相互作用パラメータのもとで、システムが自発的に安定したマイクロエマルジョン構造を形成することが示され、熱力学的整合性が裏付けられた。
• 本モデルは、平衡格子モデルとは異なり、静的配置ではなく時間に依存する進化する構造を捉えている点で特徴づけられる。
• 結果から、従来の格子ガス手法と比較して、粒子的再定式化により、複雑な界面現象のモデル化における柔軟性が向上していることが確認された。