SNAP研究会
Structure of NAno Particles

-シミュレーションによる微粒子分散系プロセスの最適化-


>> SNAP計算事例の動画

動画を追加しました:
有機修飾ナノ粒子の流れ場での構造形成;SNAP-F(2018/3/18)
二峰性ナノ粒子膜の乾燥による構造形成;SNAP-LF(2018/3/26)

ご案内(SNAP研究会 | 科学技術創発システム)


>> ご入会と受託解析のご案内

>> 書籍のご案内


>> 公開された研究成果



SNAP-Lによる有機修飾粒子系の凝集・分散に関する研究が
Journal of Chemical Engineering of Japan に公開されました.(2018.6.20)


S. Usune, M. Ando, M. Kubo, T. Tsukada, K. Sugioka,
O. Koike, R.Tatsumi, M. Fujita, S. Takami, T. Adschiri,
"Numerical simulation of dispersion and aggregation behavior of surface-modified nanoparticles in organic solvents"
Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol. 51, No. 6, 492-500, 2018


SNAPの現在の射程範囲,研究会の目的/対象

SNAPの現在の射程範囲
私たちはナノプロセシング・コンソーシアム,及びメソシミュレーション・コンソーシアムを経てSNAPファミリー(SNAP-L,SNAP-F,SNAP-LF,SNAP-P )の研究開発を進めて参りました.その一方で,SNAPを利用した事例研究を継続することで,以下プロセスで遭遇する課題解決の糸口,及び今まで得難かった描像を与えうることが分かってきました.

分散・混練 / 塗布・乾燥プロセス
  • ナノ粒子分散から,濃厚ペーストの混練等のシミュレーション.
  • 塗布流動におけるshear thinningからshear thickeningに至る現象のシミュレーション.
  • 乾燥におけるフィルミング現象やクラック発生の原因になる濃厚層の成長のシミュレーション.
  • 乾燥における粒子構造体を予測し,透明導電膜の製造に寄与が可能.
  • 最終的な塗膜構造、例えばかさ密度分布や透水係数を予測可能.
  • 界面活性剤やバインダーポリマーの効果を推定可能.
  • 塗布速度や乾燥速度などのプロセスパラメータと膜構造との関係づけ

分散と混練

「分散」と「混練」の差異は意外に明確にされておらず,その理由として,混練(kneading)は分散(dispersing)と混合(mixing)と異なるからです.「分散」は基本的に液中で凝集粒子を解砕し孤立化させることです.また「混合」は異なる粒子群を混ぜて均一にすることを意味します.敢えて表現すると「分散」は液体的であり,「混合」は固体的です.そして「混練」は固液的(粘弾性)ということになります,粒子凝集には,aggregationとagglomerationの2種類があり,前者は平衡論的な凝集であり,後者は流体力(圧縮)による凝集と考えられます.濃厚系コロイド溶液にせん断をかけていくと,粘度減少(shear thinning)がみられ,更にせん断率を増すと粘度上昇(shear thickening)に転じ,その後再び粘度が低下します.この一連の現象は図に示すように関連し,粒子群の構造形成に由来していると考えられます.SNAPは粒子の性質を考慮して流動シミュレーションができるため,粒子群の構造を予測可能です.


試行錯誤からの脱却
微粒子分散液の塗布・乾燥による粒子膜の作製,あるいは液相微粒子系の凝集・分散制御や膜ろ過,こうしたメソスケール・プロセスを最適化するための試行錯誤による研究開発は限界に達しています.SNAP研究会では,複雑なプロセスの中に存在する本質的な原理を理解し,その原理に基づいてプロセスを最適化する効率的な研究開発を計算機シミュレーションを用いて支援することを目的としています.

塗布・乾燥プロセスの最適化
ナノメートルからサブミリメートル程度の大きさの球形,あるいは非球形粒子分散液を連続塗布や不連続塗布で基板上に塗布し,溶媒の乾燥によって薄膜を作製する場合,目標となる粒子系構造を作り出すプロセス条件の最適値を効率よく探索することが重要です.SNAP研究会では,与えられたプロセス条件における微粒子と気液界面の運動をシミュレーションして構造形成のダイナミクスを可視化するとともに,得られた粒子系構造を定量評価します.シミュレーション結果から塗布・乾燥プロセスにおける微粒子系の構造形成メカニズムを理解し,そのメカニズムを利用してプロセスを効率的に最適化します.



凝集・分散プロセスの最適化
ナノメートルからサブミリメートル程度の大きさの球形,あるいは非球形の液相微粒子の凝集体をビーズミル等を用いて分散させる場合,目標となる粒子サイズや微粒子分散液のレオロジー特性を作り出すプロセス条件の最適値を効率よく探索することが重要です.SNAP研究会では,与えられたプロセス条件における微粒子と溶媒の運動をシミュレーションして凝集・分散ダイナミクスを可視化するとともに,得られた微粒子分散液のレオロジーを定量評価します.シミュレーション結果から凝集・分散プロセスにおける微粒子系の構造形成メカニズムを理解し,そのメカニズムを利用してプロセスを効率的に最適化します.



膜ろ過プロセスの最適化
ナノメートルからサブミリメートル程度の大きさの球形,あるいは非球形粒子分散液をクロスフローやデッドエンドで膜ろ過したり,大きさの異なる粒子を分級する場合,目標となる透過フラックスや粒子阻止率を生み出すプロセス条件の最適値を効率よく探索することが重要です.SNAP研究会では,与えられた膜構造とプロセス条件における微粒子と溶媒の運動をシミュレーションしてファウリング・ダイナミクスを可視化するとともに,得られた透過フラックスや分級精度を定量評価します.シミュレーション結果から膜ろ過プロセスにおける微粒子系と膜との相互作用メカニズムを理解し,そのメカニズムを利用してプロセスを効率的に最適化します.



スピーディな着想を求める方へ
ナノメートルからサブミリメートルまでの微粒子を含む液相プロセスの設計や制御を業務とする企業で,微粒子系の構造形成や微粒子分散液のレオロジーに関心があり,次のような要求をお持ちの方を対象としています.
  • 既存のプロセスの最適化作業をスピードアップしたい
  • 新しい材料種を用いたプロセス研究開発の発想がほしい
  • 要求する特性を生み出す微粒子系の構造や構造形成のプロセスを推論したい

これまでの研究開発成果

SNAP-L
SNAP-L (Liquid) は,主に乾燥過程における液相微粒子系の3次元構造形成シミュレータで,球形粒子の他に棒状粒子と平板状粒子を粒径比10倍までの範囲で扱うことができます.溶媒運動を解かずに気液界面と粒子の運動を追跡することで,粒子系構造形成の過程を効率良く表現します.また乾燥後の粒子系構造(凝集体)の圧縮シミュレーションも実行可能です.粒子に働く力として以下を考慮しています.
  • 粒子同士や基板との粘弾性接触力およびトルク
  • 気液界面から受ける毛管力
  • 乾燥後の粒子間に残った溶媒による液架橋力
  • 粒子間のDLVO力
  • 溶媒を介した粒子間の潤滑力
  • 溶媒からのブラウン揺動力および流体抵抗力
  • 有機修飾による力

SNAP-L 2.4.1




SNAP-F
SNAP-F (Flow) は,流動過程における液相微粒子系の構造形成シミュレータで,2成分の球形粒子を粒径比10倍まで扱うことができます.粒子と溶媒の運動を同時に解くことで,粒子系構造形成の過程を表現するとともに,微粒子分散液のレオロジーを評価することができます.粒子に働く力として以下を考慮しています.尚,SNAP-Fは溶媒の運動と溶質の輸送/吸着を粒径以下の解像度で解いており,時々刻々の速度場と圧力場を得ることができます.
  • 粒子同士や基板との粘弾性接触力およびトルク
  • 粒子間のDLVO力
  • 熱揺動を含む流体力(流体運動との連成で自然に導出)
  • 溶質吸着に起因する力(溶質輸送/吸着との連成で自然に導出)




SNAP-LF
SNAP-LとSNAP-Fが統合されたSNAP-LF (Liquid&Flow) は,流動-乾燥連成過程における液相微粒子系の構造形成シミュレータで,球形粒子とパターン基板を取り扱うことが可能です.溶液の運動と溶媒の乾燥を同時に解くことで,塗布・乾燥過程における粒子系構造形成過程をより詳細に表現することができます.粒子に働く力として以下を考慮しています.尚,SNAP-LFはレベルセット法とVOF法を利用して,気液界面を含む溶媒の運動と溶質の輸送/吸着を粒径以下の解像度で解いており,時々刻々の速度場と圧力場,及び界面の変化を得ることができます.
  • 粒子同士や基板との粘弾性接触力およびトルク
  • 粒子間のDLVO力
  • 熱揺動を含む流体力,及び毛管力(流体・自由表面の運動との連成で自然に導出可能)
  • 溶質吸着に起因する力(溶質輸送/吸着との連成で自然に導出)




SNAP-P, SNAP-C
SNAP-P (Polymer)は,粒子に吸着する溶質(高分子,界面活性剤など)が共存する液相微粒子系の構造形成を扱うシミュレーションモデルで,SNAP-F/LFに組み込まれます.粒子と溶液の運動と連動して,溶質に関して以下のことを考慮しています.
  • 溶質の粒子への物理吸着(可逆吸着)
  • 溶質の移動(移流・拡散)

物理吸着は,粒子表面から溶質に作用する引力ポテンシャルにより導入します.また,斥力ポテンシャルに変更することで,負吸着(粒子近傍での溶質の減少)も考慮できます.溶質の移動は,溶液の運動と同様に粒径以下の解像度で解いており,時々刻々の溶質濃度場を得ることができます.

このモデルでは,粒子近傍に有限厚さの吸着層が形成されます.吸着層内の溶質分布が不均一になると,吸着した溶質から作用する合力により,粒子の運動が引き起こされます.不均一な溶質分布は以下の要因により発生します.
  • 気液界面下方での溶質濃縮層形成(乾燥場)
  • 粒子と溶質の相対運動
  • 吸着層の重なり合い(重なり部での溶質の増加/減少(正/負吸着))

吸着層の重なり合いで粒子間に働く力について,粒子表面間距離と力の大きさを図1に示します.この粒子間力は粒子-溶質相互作用で決められますが,今後,溶媒/溶質-溶質相互作用の効果も加味できるよう発展させる予定です(図2).SNAP-F/LFにSNAP-Pを組み入れたとすると,以下のような過程で溶質吸着の効果を調べることが可能になります.また,拡張性のあるモデルのおかげで,壁面やろ過膜にも溶質吸着を考慮することが可能です.尚,このモデルを電荷をもつイオンに対し拡張することで,SNAP-C(Charge)の研究開発にも着手しています.
  • 凝集・分散過程(SNAP-F)
  • 精密ろ過(SNAP-F)
  • 塗布・乾燥過程(SNAP-LF)




SNAPの推奨動作環境
CPU intel Xeon 5000系(64bit)single/multi core
デュアルCPU対応 .クラスタマシン非対応.
メモリ 8GB以上
グラフィックボード nVidia Quadro 2000 程度
ハードディスク 1TB以上
OS Red Hat Enterprise Linux Desktop 5/6 x86_64
CentOS 5/6 x86_64
DB PostgreSQL ver.8.1 以上
モニタ 解像度 UXGA (1600 x 1200) 以上


SNAPは OpenMP で並列化され,Linux上(RHEL/CentOS)で動作します.
開発工程における動作検証のコストを省くため,OSを統一しています.
会費内で PC5台までインストールでき,搭載コア数は課金対象になりません.
計算結果はSNAPshotで可視化して,付属の後処理プログラムで評価指標に焼き直すこともできます.
計算結果のデータ形式を公開していますので,別ソフトでも可視化やデータ評価が可能です.


SNAPの応用実績

微粒子分散系プロセスに対して,これまでにSNAPが応用された実績と,その際用いられたSNAPの種類を以下に示します.

凝集・分散の制御
  • 毛管流れにおけるサブミクロン粒子分散液の粘度評価(SNAP-F)
  • 塗布過程におけるサブミクロン粒子分散液の粘度評価(SNAP-F)
  • 塗布過程におけるサブミクロン粒子の分散状態の評価(SNAP-F)
  • 分散液の攪拌によるミクロン粒子-ナノ粒子の複合粒子作製方法の検討(SNAP-F)
基板上への塗布・乾燥
  • 球形ナノ粒子の非等方凝集によるネットワーク構造膜作製の検討(SNAP-L)
  • ナノファイバー粒子の基板上稠密配向膜作製の検討(SNAP-L)
  • 高分子溶液乾燥によるナノ粒子配列膜作製の検討(SNAP-L)
  • エマルション溶液乾燥によるナノ粒子配列膜作製の検討(SNAP-L)
  • 形状パターン化基板凹部へのナノ粒子充填構造作製の検討(SNAP-L/LF)
  • ぬれ性パターン化基板への複合粒径ナノ粒子配列膜作製の検討(SNAP-L/LF)
  • ナノ粒子による触媒電極構造作製の検討(SNAP-LF)
精密ろ過
  • デッドエンドろ過において直円筒細孔径が膜性能に与える影響の評価(SNAP-F)
  • クロスフローろ過におけるケーク層形成速度の評価(SNAP-F)
  • デッドエンド/クロスフローろ過におけるケーク層形成メカニズムの検討(SNAP-F)
  • クロスフローろ過を用いた粒子分級法の開発(SNAP-F)
その他
  • 液中ミクロン粒子凝集体の強度評価(SNAP-L)
  • 気液界面における疎水性微粒子の規則配列膜作製の検討(SNAP-L)

公開された研究成果

学会発表
SNAP-P
  • 辰巳 怜,小池 修,山口 由岐夫,
    ”Mesoscale modeling of colloidal suspensions with adsorbing solutes”
    城西大学 理学研究科 数学専攻 ワークショップ 応用数学におけるモデリングとシミュレーション,2015年12月20日,城西大学;他2件SNAP関連研究発表あり

  • 辰巳 怜,小池 修,辻佳子,山口 由岐夫,
    ”厚い溶質吸着層を有するコロイド粒子の拡散泳動”[PDF,1.6MB]
    日本物理学会第70回年次大会,2015年3月21日-24日,早稲田大学

  • 辰巳 怜,安藤 努,小池 修,辻佳子,山口 由岐夫,
    "膜・粒子への溶質吸着を考慮した精密濾過モデルの構築"[PDF,4.8MB]
    化学工学会第80年会,2015年3月19日-21日,芝浦工業大学

  • 辰巳 怜,小池 修,山口 由岐夫,
    ”微粒子分散溶液の乾燥・濃縮過程に対する粒子-溶媒-溶質連成モデルの構築 ”[PDF,906KB]
    化学工学会 第46回秋季大会,2014.9.17-19, 九州大学

  • R. Tatsumi, O. Koike, and Y. Yamaguchi,
    ”Direct numerical simulation of the dynamics of colloidal particles with adsorptive solute transport” [PDF,1.3MB]
    17th International Coating Science and Technology Symposium, Sep 7-10, 2014, San Diego, USA.

  • 辰巳 怜,小池 修,辻 佳子,山口 由岐夫,
    ”溶質の移動・吸着を考慮したコロイド粒子系の直接数値計算”[PDF,2.5MB]
    第65回コロイドおよび界面化学討論会,2014.9.3-5, 東京理科大学

  • R. Tatsumi, O. Koike, and Y. Yamaguchi,
    ”Simulation model of colloidal dispersions with solute trasport
    and adsorption onto the particle surface” [PDF,3.5 MB]
    6th Asian Coating Workshop, May 8-9, 2014, Kobe Hyogo, Japan.

  • 辰巳 怜,小池 修,山口 由岐夫,
    ”溶質の移動・吸着を考慮した分散粒子間相互作用モデルの構築 ”[PDF,1.4MB]
    化学工学会 第79年会,2014.3.18-20, 岐阜大学

SNAP-LF
  • 辰巳 怜,小池 修,辻 佳子,山口 由岐夫,
    ”二峰性微粒子分散液の乾燥下構造形成の直接数値計算”[PDF,2.6MB]
    化学工学会 第48回秋季大会,2016.9.6-8,徳島大学.

  • 辰巳 怜,小池 修,辻 佳子,山口 由岐夫,
    ”乾燥による粒子系構造形成における溶質吸着の影響”[PDF,2.5MB]
    化学工学会 第81年会,2016.3.13-15,関西大学.

  • 辰巳 怜,小池 修,辻 佳子,山口 由岐夫,
    ”吸着性溶質を含む微粒子分散液の乾燥・濃縮過程の直接数値計算”[PDF,2.6MB]
    化学工学会 第47回秋季大会,2015.9.9-11, 北海道大学.

  • 藤田 昌大,小池 修,山口 由岐夫,
    ”メソスケール気液固混相流シミュレーションのための自由表面埋め込み法” [PDF,1.8MB]
    第26回数値流体力学シンポジウム,2012.12.18-20, 国立オリンピック記念青少年総合センター.

  • 藤田 昌大,小池 修,山口 由岐夫,
    ”微粒子分散液の乾燥過程における気液界面の非線形挙動シミュレーション” [PDF,1.2MB]
    化学工学会 第44回秋季大会,2012.9.19-21, 東北大学.

  • 藤田 昌大,
    ”シミュレーションで可視化する粒子系薄膜 - 粒子分散液の直接シミュレーション -” [PDF,2.8MB]
    第32回日本熱物性シンポジウム,2011.11.21-23, 慶応義塾大学.

  • M. Fujita, O. Koike, Y. Yamaguchi,
    ”Simulation Model of Drying Colloidal Suspension on Substrate” [PDF,1.4 MB]
    3rd Asian Coating Workshop, July 4-5, 2011, Kitakyushu Fukuoka, Japan.

  • M. Fujita, O. Koike, Y. Yamaguchi,
    ”Flow and Drying Simulation of Nanoparticle Suspension on Substrate” [PDF,1 MB]
    The 15th International Coating Science and Technology Symposium
    September 12-15, 2010, St.Paul, Minnesota, USA.

  • 小池 修,藤田 昌大,山口 由岐夫,
    ”基板上微粒子分散液の流動-乾燥連成シミュレーション”
    化学工学会 第75年会,2010.3.18-20, 鹿児島大学.

SNAP-F
  • 藤平 拓朗,安藤 努,小池 修,辰巳 怜,
    ”クロスフロー精密膜ろ過シミュレーションによる高せん断場での膜面堆積粒子の挙動”
    化学工学会第83年会,2018.3.13-15,関西大学

  • 本間 佳史,安藤 努,小池 修,辰巳 怜,
    ”固液混相流れにおける急縮小部を通過する固体粒子の流れに関する研究”
    化学工学会第83年会,2018.3.13-15,関西大学

  • S. Usune, M. Kubo, T. Tsukada, O. Koike, R. Tatsumi, M. Fujita, T. Adschiri,
    “Numerical investigation of rheological properties of nanofluids containing organic modified nanoparticles,”
    2017 AIChE Annual Meeting, Minneapolis, USA, 29 Oct. - 3 Nov. 2017.

  • 安藤 努,
    ”粒子精密ろ過の直接数値シミュレーションによる膜ファウリングの可視化”
    第34第34回 ニューメンブレンテクノロジーシンポジウム2017 高機能膜の開発と実用化の最前線,2017.10.17-20,三田NNホール.

  • 本間 佳史,安藤 努,小池 修,辰巳 怜,
    ”数値シミュレーションによる急縮小部を通過する固液混相流れの考察”
    化学工学会第49回秋季大会,2017.9.20-22,名古屋大学.

  • 赤松 憲樹,
    ”高分子成分・粒子状成分のファウリング”
    第39回高分子と水・分離に関する研究会講座(高分子学会 高分子と水・分離に関する研究会),
    2017.6.22,東京工業大学.

  • 眞壁 良,赤松 憲樹,辰巳 怜,小池 修,中尾 真一
    ”粒子のクロスフロー精密ろ過における限界流束に関する研究”
    化学工学会 第82年会,2017.3.6-8,芝浦工業大学.

  • 藤平 拓朗,安藤 努,辰巳 怜,小池 修,市村 重俊,
    ”溶質吸着層を粒子・膜表面に持つクロスフロー精密膜ろ過の直接数値シミュレーション”
    化学工学会 第82年会,2017.3.6-8,芝浦工業大学.

  • 本間 佳史,根山 祐治,安藤 努,小池 修,辰巳 怜,
    ”固液混相流れを対象とした細孔前障害物設置による流れの促進効果”
    化学工学会 第82年会,2017.3.6-8,芝浦工業大学.

  • S. Usune, M. Kubo, T. Tsukada, O. Koike, M. Fujita, T. Adschiri,
    ”Numerical investigation of dispersion/aggregation behaviors of organic modified nanoparticles in nanofluids under shear flow conditions”
    4th International Forum on Heat Transfer, Sendai, Miyagi, Japan, 2-4 Nov. 2016.

  • 久保 正樹,薄根 真,塚田 隆夫,小池 修,藤田 昌大,阿尻 雅文,
    "数値シミュレーションによるナノフルイドの設計及びそのレオロジー特性評価",
    日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム ,2016.9.7-9,広島大学.

  • 小池 修,辰巳 怜,山口 由岐夫,
    ”単純剪断場における棒状ナノ粒子凝集体の解砕シミュレーション”[PDF,2.3MB]
    化学工学会 第48回秋季大会,2016.9.6-8,徳島大学.

  • 薄根 真,久保 正樹,塚田 隆夫,杉岡 健一,小池 修,藤田 昌大,阿尻 雅文,
    ”有機修飾ナノ粒子を含むナノ流体の分散・凝集挙動
    ならびに レオロジー特性の数値シミュレーション”,
    第53回日本伝熱シンポジウム,2016.5.24-26,大阪国際会議場

  • 安藤 努,山口 敏生,辰巳 怜,小池 修,市村 重俊,
    ”溶質吸着層を表面に持つデッドエンド精密ろ過の直接数値シミュレーション”
    化学工学会 第81年会,2016.3.13-15,関西大学.

  • 安藤 努,加藤 久貴,小池 修,辰巳 怜,
    ”クロスフロー精密ろ過の直接数値シミュレーション”[PDF,2.8MB]
    化学工学会 第81年会,2016.3.13-15,関西大学.

  • 久保 正樹,塚田 隆夫,
    ”有機溶媒中における表面修飾ナノ粒子の分散・凝集挙動に関する数値シミュレーション”
    化学工学会 第81年会(招待講演),2016.3.13-15,関西大学.

  • 小池 修,辰巳 怜,山口 由岐夫,
    ”棒状微粒子分散液の圧力駆動流れの直接数値シミュレーション”[PDF,4.4MB]
    化学工学会 第81年会,2016.3.13-15,関西大学.

  • 眞壁 良,赤松 憲樹,辰巳 怜,小池 修,中尾 真一,
    ”クロスフロー精密ろ過における粘性底層域の粒子挙動と限界流束に関する研究”
    化学工学会 第81年会,2016.3.13-15,関西大学.

  • 小池 修,
    ”微粒子分散液の流動乾燥シミュレータSNAPと膜ろ過の直接シミュレーション”
    平成27年度 先端膜工学研究推進機構秋季講演会,2015.9.29, 神戸大学.

  • 小池 修,辰巳 怜,山口 由岐夫,
    ”直接数値計算による二峰性ナノ粒子分散液の流動メカニズムの検討”[PDF,4.0MB]
    化学工学会 第47回秋季大会,2015.9.9-11, 北海道大学.

  • 塚田 隆夫,
    ”液相中における表面修飾無機ナノ粒子の分散・凝集挙動の数値シミュレーション”
    化学工学会 第47回秋季大会(招待講演),2015.9.9-11, 北海道大学.

  • 小池 修,植村 文香,辰巳 怜,山口 由岐夫,
    "二峰性分布を有するナノ粒子分散液の高ペクレ数レオロジーシミュレーション"[PDF,3.8MB]
    化学工学会第80年会,2015.3.19-21,芝浦工業大学

  • 薄根 真,久保 正樹,杉岡 健一,塚田 隆夫,小池 修,藤田 昌大,阿尻 雅文,
    ”せん断流中における表面修飾無機ナノ粒子の分散・凝集挙動の数値シミュレーション”,
    化学工学会第80年会,2015.3.19-21,芝浦工業大学

  • 小池 修,辰巳 怜,山口 由岐夫,
    ”単純剪断場におけるナノ粒子凝集体の解砕メカニズムの検討 ”[PDF,2.4MB]
    化学工学会 第46回秋季大会,2014.9.17-19, 九州大学

  • O. Koike, T. Yagi, R. Tatsumi, and Y. Yamaguchi,
    ”Direct numerical simulation of breakup of fine particle aggregates
    under simple shear” [PDF,1.3 MB]
    6th Asian Coating Workshop, May 8-9, 2014, Kobe Hyogo, Japan.

  • 八木 貴之,小池 修,辰巳 怜,山口 由岐夫,
    ”単純剪断場におけるナノ粒子凝集体の解砕シミュレーション ”[PDF,826KB]
    化学工学会 第79年会,2014.3.18-20, 岐阜大学

  • 小池 修,藤田 昌大,山口 由岐夫,
    ”高濃度微粒子分散液のレオロジーシミュレーション -粒子間相互作用の効果-”[PDF,2.6MB]
    化学工学会 第45回秋季大会,2013.9.16-18, 岡山大学.

  • 金杉 尚将,赤松 憲樹,小池 修,藤田 昌大,中尾 真一,
    ”SNAP-Fを用いたデッドエンドろ過における膜ファウリングシミュレーション”
    化学工学会盛岡大会2013,2013.8.8-9, 岩手大学.

  • 小池 修,藤田 昌大,山口 由岐夫,
    ”高濃度微粒子分散液の高ペクレ数レオロジーシミュレーション”[PDF,2.1MB]
    化学工学会 第78年会,2013.3.17-19, 大阪大学.

  • 赤松 憲樹,金杉 尚将,小池 修,藤田 昌大,中尾 真一,
    ”粒子分散液のデッドエンドろ過において細孔径と開孔比がファウリング挙動に与える影響”
    化学工学会 第78年会,2013.3.17-19, 大阪大学.

  • 井上 真生,安藤 努,小池 修,藤田 昌大,
    ”微粒子分散系のクロスフロー精密ろ過プロセスに関する直接数値シミュレーション”
    日本機械学会関東学生会 第52回学生員卒業研究発表講演会,2013.3.15,首都大学東京.

  • 金杉 尚将,赤松 憲樹,小池 修,藤田 昌大,中尾 真一,
    ”SNAP-Fを用いたデッドエンドろ過における粒子の膜透過シミュレーション”
    日本海水学会若手会第4回学生研究発表会,2013.3.7-8,横浜国立大学.

  • 宍戸 栄二,市村 重俊,藤田 昌大,小池 修,
    ”膜ファウリングに対する細孔構造の影響とメソシミュレータによるアプローチ”
    日本海水学会若手会第4回学生研究発表会,2013.3.7-8,横浜国立大学.

  • 小池 修,藤田 昌大,山口 由岐夫,
    ”微粒子分散液の円管内非ニュートン流れのシミュレーション” [PDF,1.1MB]
    化学工学会 第44回秋季大会,2012.9.19-21, 東北大学.

  • 小池 修,藤田 昌大,山口 由岐夫,
    ”せん断流れで誘起される微粒子系構造と粘度の相関” [PDF,2.8MB]
    化学工学会 第43回秋季大会,2011.9.14-16, 名古屋工業大学.

  • 安藤 努,赤松 憲樹,藤田 昌大,中尾 真一,
    ”Direct Simulation Model of Concentrated Particulate Flow in Pressure-Driven Dead-end Microfiltration”
    化学工学会 第43回秋季大会,2011.9.14-16, 名古屋工業大学.
    優秀論文賞 受賞記念講演

  • 安藤 努,赤松 憲樹,中尾 真一,藤田 昌大,
    ”デッドエンド精密ろ過プロセスの直接シミュレーション” [PDF,2.1MB]
    化学工学会 第42回秋季大会,2010.9.6-8, 同志社大学.

  • 安藤 努,小池 修,藤田 昌大,山口 由岐夫,
    ”せん断場での非凝集系分散液のshear-thinningシミュレーション” [PDF,2.7MB]
    化学工学会 第41回秋季大会,2009.9.16-18, 広島大学.

SNAP-L
  • 薄根 真,高橋 太郎,久保 正樹,庄司 衛太,塚田 隆夫,小池 修,辰巳 怜,
    藤田 昌大,阿尻 雅文,
    ”溶媒蒸発に伴う表面修飾ナノ粒子の構造形成機構の数値解析”
    第55回日本伝熱シンポジウム,2018.5.29-31,札幌コンベンションセンター

  • 片山 大輔,藤原 涼平,安藤 努,廣田 憲之,小池 修,辰巳 怜,山登正文,
    ”磁場を利用した異方性材料開発における微粒子構造形成に関する研究”
    第65回応用物理学会春季学術講演会,2018.3.17-20,早稲田大学

  • 小池 修,辰巳 怜,山口 由岐夫,
    ”球形微粒子凝集体の圧縮強度の数値解析”
    化学工学会第83年会,2018.3.13-15,関西大学

  • 辰巳 怜,小池 修,辻 佳子,山口 由岐夫,
    ”粒子系の乾燥特性モデル”
    化学工学会第83年会,2018.3.13-15,関西大学

  • 片山 大輔,安藤 努,廣田 憲之,小池 修,辰巳 怜,山登正文,
    ”異方性材料開発に向けた溶媒中の磁性粒子の構造形成数値シミュレーション”
    第12回日本磁気科学会年会,2017.11.14-16,京都大学. 
    学生ポスター賞受賞

  • 小池 修,辰巳 怜,山口 由岐夫,
    ”二峰性微粒子凝集体の圧縮変形過程の数値解析”
    化学工学会第49回秋季大会,2017.9.20-22,名古屋大学. 

  • 辰巳 怜,小池 修,辻 佳子,山口 由岐夫,
    ”微粒子分散液の乾燥における添加剤の偏析現象の解析”
    化学工学会第49回秋季大会,2017.9.20-22,名古屋大学. 

  • 高橋 太郎,薄根 真,久保 正樹,庄司 衛太,塚田 隆夫,
    小池 修,辰巳 怜,藤田 昌大,阿尻 雅文,
    ”溶媒蒸発に伴う表面修飾ナノ粒子の構造形成に関する数値シミュレーション”
    化学工学会第49回秋季大会,2017.9.20-22,名古屋大学. 

  • R. Tatsumi, T. Iwao, O. Koike, Y. Tsuji, Y. Yamaguchi,
    “Numerical simulation of segregation in drying bimodal colloidal suspensions”, [PDF,3.2MB]
    the 9th Asian Coating Workshop, 17-18 May. 2017, TUAT, Tokyo, Japan.

  • 辰巳 怜,岩男 拓哉,小池 修,辻 佳子,山口 由岐夫
    ”二峰性微粒子分散液の乾燥における偏析現象のメカニズム”[PDF,4.4MB]
    化学工学会 第82年会,2017.3.6-8,芝浦工業大学.

  • 小池 修,辰巳 怜,山口 由岐夫
    ”球形微粒子構造体の圧縮変形の数値シミュレーション”
    化学工学会 第82年会,2017.3.6-8,芝浦工業大学.

  • 高橋 太郎,薄根 真,久保 正樹,塚田 隆夫,小池 修,藤田 昌大,阿尻 雅文,
    "乾燥中における有機修飾ナノ粒子を含むコロイド分散液の
    構造形成に関する数値シミュレーション",
    平成28年度化学系学協会東北大会,2016.9.10-11,いわき明星大学
    優秀ポスター賞受賞

  • 久保 正樹,安藤 宗弘,杉岡 健一,塚田 隆夫,
    小池 修,藤田 昌大,高見 誠一,阿尻 雅文,
    ”有機修飾無機ナノ粒子の分散・凝集挙動に関する数値計算”
    化学工学会 第79年会,2014.3.18-20, 岐阜大学

  • 安藤 宗弘,久保 正樹,杉岡 健一,塚田 隆夫,
    小池 修,藤田 昌大,阿尻 雅文,
    ”有機溶媒中における表面修飾無機ナノ粒子の分散・凝集挙動の数値シミュレーション ”
    化学工学会 第79年会,2014.3.18-20, 岐阜大学

  • 若林 淳美,藤田 昌大,小池 修,山口 由岐夫,
    ”微粒子分散液の基板上乾燥による粒子系網目構造の形成シミュレーション”
    化学工学会 第44回秋季大会,2012.9.19-21, 東北大学.

  • 石橋 龍太郎,久保 正樹,杉岡 健一,塚田 隆夫,藤田 昌大,小池 修,
    ”液相中における粒子凝集体固有の圧縮変形特性に関する数値シミュレーション”
    化学工学会第77年会,2012.3.15-17,工学院大学.

SNAP全般
  • 辰巳 怜,小池 修,山口 由岐夫,辻 佳子,
    ”サブミクロンスケール数値シミュレーションによる粒子分散液の流動・乾燥操作の考察”[PDF,1.7MB]
    粉体工学会2018年度春季研究発表会,2018.5.15-16,京都リサーチパーク.

  • 辰巳 怜,
    ”微粒子分散液の乾燥・流動下での構造形成シミュレーション-粉体プロセスの理解に向けて-”
    化学工学会東北支部 第59回プロセス設計技術講演会・見学会,2018.3.5,宇都宮化成工業(株).

参考文献
SNAP-P
  • R. Tatsumi, O. Koike, Y. Yamaguchi,
    "Mesoscale modeling of colloidal suspensions with adsorbing solutes",
    Physical Review E, Vol. 91, 063301, 2015;
    Josai Mathematical Monographs vol. 9, pp. 43-63, 2016.

SNAP-LF
  • M. Fujita, O. Koike, Y. Yamaguchi,
    "Direct simulation of drying colloidal suspension on substrate using immersed free surface model,"
    Journal of Computational Physics, Vol. 281, pp. 421-448, 2015.
    ダウンロードサイト

  • M. Fujita, O. Koike, Y. Yamaguchi,
    "Computation of Capillary Interactions among Many Particles at Free Surface,"
    Applied Physics Express, Vol. 6, No. 3, 036501, 2013.
    ダウンロードサイト

  • 藤田 昌大, 山口 由岐夫,
    "高濃度微粒子分散液の塗布・乾燥シミュレーションの方法,"
    成形加工, Vol. 22, No. 8, pp. 398-403, August 2010.
SNAP-F
  • K. Akamatsu, S. Kanasugi, T. Ando, O. Koike, M. Fujita, S. Nakao,
    "Mesoscale simulations of particle rejection by microfiltration membranes with straight cylindrical pore during pressure-driven dead-end filtration"
    Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol. 49, No. 5, pp. 452-459, May 2016.
    ダウンロードサイト

  • T. Ando, K. Akamatsu, S. Nakao, M. Fujita,
    "Simulation of fouling and backwash dynamics in dead-end microfiltration: Effect of pore size,"
    Journal of Membrane Science, Dec 2011.
    ダウンロードサイト

  • T. Ando, K. Akamatsu, M. Fujita and S. Nakao,
    "Direct Simulation Model of Concentrated Particulate Flow in Pressure-Driven Dead-End Microfiltration,"
    Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol. 43, No. 10, pp. 815-828, Novenver 2010.
    Outstanding Paper Award of 2010 受賞
    ダウンロードサイト

  • 藤田 昌大,
    "微粒子ー流体系の自己組織化シミュレーションのためのメソスケール・モデル,"
    粉体工学会誌, Vol. 47, No. 5, pp. 327-338, May 2010.

  • M. Fujita and Y. Yamaguchi,
    "Mesoscale Modeling for Self-organization of Colloidal Systems,"
    Current Opinion in Colloid & Interface Science, Vol. 15, No. 1-2, pp. 8-12, April 2010.

  • K. Oda, K. Akamatsu, M. Fujita, S. Nakao,
    "Two-Dimensional Simulation of Lift Velocities of Spherical Particles in Crossflow Microfiltration,"
    Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol. 42, No. 12, pp. 884-892, 2009.

  • 藤田 昌大,
    "特集:移動現象をシミュレーションする 微小スケールでの固体粒子高濃度分散液の流れ,"
    化学工学, Vol. 73, No. 5, pp. 231-234, May 2009.

  • 赤松 憲樹, 森谷 典子, 藤田 昌大, 中尾 真一,
    "粒子混濁液デッドエンドろ過における膜ファウリング挙動のシミュレーション,"
    膜, Vol. 33, No. 5, pp. 254-260, 2008.

  • M. Fujita and Y. Yamaguchi,
    "Simulation Model of Concentrated Colloidal Nanoparticulate Flows,"
    Physical Review E, Vol. 77, No. 2, 026706, February 2008.

  • M. Fujita and Y. Yamaguchi,
    "Multiscale Simulation Method for Self-Organization of Nanoparticles in Dense Suspension,"
    Journal of Computational Physics, Vol. 223, No. 1, pp. 108-120, April 2007.
SNAP-L
  • S. Usune, M. Ando, M. Kubo, T. Tsukada, K. Sugioka,
    O. Koike, R.Tatsumi, M. Fujita, S. Takami, T. Adschiri,
    "Numerical simulation of dispersion and aggregation behavior of surface-modified nanoparticles in organic solvents," Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol. 51, No. 6, pp. 492-500, 2018.
    ダウンロードサイト

  • R. Tatsumi, T. Iwao, O. Koike, Y. Yamaguchi, Y. Tsuji,
    "Effects of the evaporation rate on the segregation in drying bimodal colloidal suspensions,"
    Appl. Phys. Lett. 112, 053702 (2018).
    ダウンロードサイト

  • M. Kubo, R. Ishibashi, K. Sugioka, T. Tsukada, O. Koike, M. Fujita,
    "Experimental and theoretical studies on compressive deformation characteristics of particle aggregates in water," Powder Technology, Vol. 287, pp. 431-438, January 2016.

  • S. Ohta, S. Inasawa, O. Koike, M. Fujita, and Y. Yamaguchi,
    "Fomation of Well-Aligned Thin Films of Rod-Like Nanoparticles via Solvent Evaporation:
    A Simulation Study,"
    Applied Physics Express, Vol. 2, 065002, May 2009.

  • O. Koike, S. Ohta, M. Fujita and Y. Yamaguchi,
    "Simulation Model of Concentrated Colloidal Rod-Like Nanoparticles,"
    Japanease Journal of Applied Physics, Vol. 47, No. 10, pp. 8124-8130, October 2008.

  • M. Fujita and Y. Yamaguchi,
    "Simulation of 3D Crystallization of Colloidal Nanoparticles on Substrate during Drying,"
    International Polymer Processing, Vol. 22, No. 1, pp. 16-21, March 2007.

  • M. Fujita and Y. Yamaguchi,
    "Development of Three-Dimensional Structure Formation Simulator of Colloidal Nanoparticles during Drying," Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol. 39, No. 1, pp. 83-89, January 2006.
    ダウンロードサイト
その他
  • 山口 由岐夫,
    "研究開発 Phronetic Leaders:日本の「ものづくり」を強くするには何が必要か,"
    Phronesis 17: 知材誕生! マテリアル革命が急速に進む社会変化を先導する,
    Sep. 2017.サイト

  • 山口 由岐夫,
    "スケールアップの化学工学(12)-スケールアップの化学工学-,"
    化学工学, Vol. 82, No. 4, pp. 224-227, 2018.
    ダウンロードサイト

  • 山口 由岐夫,
    "スケールアップの化学工学(11)-乾燥プロセス-,"
    化学工学, Vol. 82, No. 3, pp. 154-158, 2018.
    ダウンロードサイト

  • 山口 由岐夫,
    "スケールアップの化学工学(10)-塗布プロセス-,"
    化学工学, Vol. 82, No. 2, pp. 94-97, 2018.
    ダウンロードサイト

  • 山口 由岐夫,
    "スケールアップの化学工学(9)-混練プロセス-,"
    化学工学, Vol. 82, No. 1, pp. 38-41, 2018.
    ダウンロードサイト

  • 山口 由岐夫,
    "スケールアップの化学工学(8)-分散プロセス-,"
    化学工学, Vol. 81, No. 12, pp. 697-700, 2017.
    ダウンロードサイト

  • 山口 由岐夫,
    "スケールアップの化学工学(7)-析出プロセス-,"
    化学工学, Vol. 81, No. 11, pp. 639-642, 2017.
    ダウンロードサイト

  • 山口 由岐夫,
    "スケールアップの化学工学(6)-反応器のスケールアップ-,"
    化学工学, Vol. 81, No. 9, pp. 479-482, 2017.
    ダウンロードサイト

  • 山口 由岐夫,
    "スケールアップの化学工学(5)-プロセスにおける流動-,"
    化学工学, Vol. 81, No. 8, pp. 440-442, 2017.
    ダウンロードサイト

  • 山口 由岐夫,
    "スケールアップの化学工学(4)-プロセスの非線形性-,"
    化学工学, Vol. 81, No. 7, pp. 384-387, 2017.
    ダウンロードサイト

  • 山口 由岐夫,
    "スケールアップの化学工学(3)-プロセスにおける律速-,"
    化学工学, Vol. 81, No. 6, pp. 314-316, 2017.
    ダウンロードサイト

  • 山口 由岐夫,
    "スケールアップの化学工学(2)-材料の構造形成-,"
    化学工学, Vol. 81, No. 5, pp. 262-264, 2017.
    ダウンロードサイト

  • 山口 由岐夫,
    "スケールアップの化学工学(1)-化学工学体系とスケールアップ-,"
    化学工学, Vol. 81, No. 4, pp. 203-205, 2017.
    ダウンロードサイト

  • Y. Yamaguchi, O. Koike, R. Tatsumi,
    ”Numerical Simulation of Non-Equilibrium Structure Formation in Concentrated Nanofluids”,
    18th International Coating Science and Technology Symposium, Sep 18-21, 2016, Pittsburgh, USA.

  • Y. Yamaguchi and O. Koike,
    ”Mode transition of condensed colloidal solutions under shear flow”,
    17th International Coating Science and Technology Symposium, Sep 7-10, 2014, San Diego, USA.

  • Y. Yamaguchi and O. Koike,
    ”Non-equilibrium phase transition of colloidal paste in the process of mixing and kneading”,
    6th Asian Coating Workshop, May 8-9, 2014, Kobe Hyogo, Japan.

  • 辰巳 怜,小池 修,山口 由岐夫,
    "濃厚ナノフルイドの非平衡構造形成シミュレーション,"
    化学工学, Vol. 80, No. 3, pp. 179-182, Mar 2016.
    ダウンロードサイト

  • 藤田 昌大,
    "SNAPを用いた液相ナノ粒子系の自己組織化シミュレーション,"
    色材, Vol. 80, No. 7, pp. 295-300, July 2007.
    ダウンロードサイト

  • 藤田 昌大, 山口 由岐夫,
    "せん断流動場における高濃度コロイドナノ粒子系の自己組織化,"
    混相流, Vol. 20, No. 2, pp. 102-109, June 2006.

  • 藤田 昌大, 山口 由岐夫,
    "液相ナノ粒子系の自己配列プロセスとその原理,"
    表面科学, Vol. 25, No. 10, pp. 642-649, October 2004.
    ダウンロードサイト

SNAP研究会のしくみ

共通シミュレータと個別コンサルティング
会員企業の会費をもとに,研究開発メンバーでSNAP (Structure of NAno Particles;微粒子分散液シミュレータ)を研究開発します.その使用権を会員企業に提供するとともに,会員が抱える研究課題について個別コンサルティングも行います.このしくみによって会員企業は特許や製品を,大学は論文や特許を生み出す研究開発のスピードアップが期待できます.SNAP研究会の特長は次の2点です.
  • 高機能かつ高信頼性の共通シミュレータSNAPを効率的に開発することができる.
  • 個別コンサルティングによって,会員独自の研究開発のサポートが受けられる.
    尚,課題に応じて各大学メンバー(3つのメンバー)で対応可能です.

複数大学対複数企業
SNAP研究会における産学連携は従来の1大学対1企業,あるいは1大学対複数企業ではなく,東京大学を中心とする複数大学対複数企業の枠組みで実施され,東京大学内にある一般社団法人プロダクト・イノベーション協会が,会員企業と大学との橋渡しをおこないます.これによって得られるメリットは次の2点です.
  • 複数の専門分野の研究成果を効率的にアクセスし利用できる.
  • 会員制によって会員企業の研究開発/課題解決の総費用を自動的に分担できる.
また,SNAP研究会で提供する研究開発項目は,会員企業のニーズや課題に注目して決定しています.

研究開発メンバー 2018

一般社団法人プロダクト・イノベーション協会
代表理事,東京大学名誉教授 山口由岐夫
主任研究員 小池修
所属ホームページ

東京大学環境安全研究センター
特任助教 辰巳怜
所属研究室ホームページ

研究協力メンバー 2018

東北大学大学院工学研究科化学工学専攻プロセス制御工学分野
教授 塚田隆夫
准教授 久保正樹
研究テーマ(ホームページ):
  • 微粒子凝集体の圧縮変形挙動の数値シミュレーション
  • 有機分子表面修飾無機ナノ粒子の凝集・分散挙動の数値シミュレーション

東京大学大学院工学系研究科化学システム工学専攻
教授 辻佳子
研究テーマ(ホームページ ):
  • 機能性薄膜材料の研究とデバイス応用展開
  • 塗布・乾燥プロセスによる有機/無機薄膜材料プロセッシング

東京農工大学大学院工学研究院応用化学部門
准教授 稲澤晋
研究テーマ(ホームページ):
  • 乾燥プロセスにおける固体形成・構造形成の速度論
  • エマルションの乾燥ダイナミクス
  • 気相反応でのマイクロ・ナノシリコン形成メカニズム

工学院大学先進工学部環境化学科
教授 中尾真一
准教授 赤松憲樹
研究テーマ(ホームページ):
  • 膜による水処理プロセスの最適化
  • 膜によるナノ粒子系のサイズ制御

神奈川工科大学 応用バイオ科学部 応用バイオ科学科 生体物質分離工学講座
教授 市村重俊
研究テーマ(ホームページ):
  • 粒子−膜間相互作用が膜ファウリングに及ぼす影響
  • 表面処理による多孔性膜の耐ファウリング性の向上

日本大学生産工学部機械工学科
教授 安藤努
研究テーマ(ホームページ):
  • 膜ろ過プロセスを対象とした数値シミュレーション
  • 磁場中におけるコロイド分散系の数値シミュレーション

コンサルティングメンバー 2018

九州工業大学工学研究院物質工学研究系応用化学部門
教授 山村方人
研究テーマ(ホームページ):
  • 塗布・乾燥によるソフトマテリアルのナノ構造制御
  • ソフトマテリアルの塗布・乾燥モデリング

城西大学理学部数学科
教授 藤田昌大
研究テーマ(ホームページ ):
  • メソスケール気液固三相流の数学モデリングと計算機シミュレーション
  • 微粒子分散液の塗布・乾燥過程における粒子系構造形成メカニズムの解明

東京大学大学院工学系研究科化学システム工学専攻
准教授 牛山浩
研究テーマ(ホームページ ):
  • 第一原理計算による量子物性の評価と新規物質の提案
  • 分子動力学法による熱力学的物性の評価と現象の解析

SNAP研究会 会員サイト

会員サイト入口
*会員IDとパスワードが必要です.