粗視化分子動力学法による水和モンモリロナイトの組織構造シミュレーション

Texture analysis of water-hydrated montmorillonite clay by coarse-grained molecular dynamics simulation

木本 和志*; 河村 雄行*; 牧野 仁史 

Kimoto, Kazushi*; Kawamura, Katsuyuki*; Makino, Hitoshi

本研究は、モンモリロナイトの締固めをシミュレートするための、2次元粗視化分子動力学法を提案するものである。この方法では、モンモリロナイト分子の単位構造と水和水を一つの粒子に粗視化して、変形するモンモリロナイト分子を1次元的に連結された粗視化粒子で表現する。粗視化粒子間に働く力には、分子内の結合力と分子間ファンデルワールス力を考慮し、前者は調和振動子として、後者はレナードジョーンズポテンシャルでモデル化する。このようなモデルを用いて締固めの数値シミュレーションを行った結果、大きく変形したモンモリロナイト分子が、締固めの結果4から6分子程度積層することが明らかとなった。また、シミュレーション結果からX線回折パターンを合成したところ、実験でも観測される回折ピークが得られることが明らかとなった。

This study proposes a 2D coarse-grained molecular dynamics (CGMD) method for the compaction simulation of montmorillonite clay. In the CGMD method, a unit structure of a water-hydrated clay molecule is coarse-grained into a particle. Thus, the deformable molecules are modeled as a set of linearly connected coarse-grained particles. As the inter-particle forces, the intra-molecular bonding and inter-molecular van der Waals forces are considered. For simplicity, the intra-molecular bonding is modeled as a linear harmonic oscillator, while the Lenard-Jones potential is used to define the van der Waals force field. With this model, the mechanical compaction of moistured montmorillonite is numerically simulated to find that 4-6 considerably deformed molecules are layered as a result of the compaction. It is alsofound that the simulated XRD pattern agrees to the experiment in terms of the peak angle.