教養としてのナノテクノロジー
この講義シリーズは第2話まで
登録不要で無料視聴できます!
第1話へ
▶ この講義を再生
この講義の続きはもちろん、
6,000本以上の動画を好きなだけ見られる。
スキマ時間に“一流の教養”が身につく
まずは72時間¥0で体験
(会員の方に広告は表示されません)
マルチスケール解析を使うとどんなことが分かるのか
教養としてのナノテクノロジー(7)マルチスケール解析と応用<後編>
マルチスケール解析を使ってどのようなことが分かるのか。水分子の散乱から気泡のマルチスケール構造まで、豊富な応用例をもとにマルチスケール解析の使い方を解説していく。こうした事例から分かるのは、異なるスケール間の現象をつなげていくことによって初めてナノスケールの発見が生かされるということだ。(全10話中第7話)
時間:9分44秒
収録日:2021年3月29日
追加日:2021年9月2日
≪全文≫

●応用例1:水分子の表面散乱


 例えば、(マルチスケール解析において)どんなことをやっているかというと、バルクでいえば先ほどお話ししたことですが、表面に分子が当たるとどのように散乱していくかということです。人工衛星を上げて、人工衛星の表面をうまくコーティングをしておけば、向こう側から飛んできた分子がうまく弾かれていきます。そうすると、そこのエネルギー交換がすごく小さくなるので軌道に長く留まることができるようになるという議論があります。

 それがどうなっているかを表したのが下のグラフです。いろいろと解析すると、水分子がグラファイトに当たったときとシリコンに当たったときでは、実は反射の仕方が違うということが分かります。それを使って、先ほどのボルツマン方程式を解くというプロセスが1つ入ります。


●応用例2:水と界面の接触面積


 それからもう1つとしては、分子動力学を使って水と界面の間の構造がどうなっているかが分かります。これはつまりその接触面積を考えるということですが、水と界面の間のポテンシャルが強いと、丸い形からべたっとした形に変わっていくというのが計算できるようになります。

 これをうまくモデルにしておくと、表面上の水分子の挙動を連続体として計算するときに非常に役に立ちます。


●応用例3:燃料電池のマルチスケールシミュレーション


 こうしたプロセスをいっぱいやっておくと、例えば最近いろいろなところで議論されている燃料電池のマルチスケールシミュレーションということができるようになるというわけです。

 このように、量子力学を使ってポテンシャル関数を計算して、そこで第一原理的にどういう化学反応が起きるのかを計算します。さらにもう少し大きいところでは、燃料電池の中の構造をどのように分子が動いていくか、水がどのように拡散していくかを計算できるようになります。

 そうすると、燃料電池の中で電気がどう起きてくるかということをフルでシミュレーションできるようになります。最初から連続体でこんなシミュレーターをつくろうとしても、それはできません。量子力学からスタートして、合理的に連続体にもっていくことでできるようになるの...

スキマ時間でも、ながら学びでも
第一人者による講義を1話10分でお届け
さっそく始めてみる
(会員の方に広告は表示されません)
「科学と技術」でまず見るべき講義シリーズ
進化生物学から見た「宗教の起源」(1)宗教の起源とトランス状態
私たちにはなぜ宗教が必要だったのか…脳の働きから考える
長谷川眞理子
水から考える「持続可能」な未来(1)気候変動の現在地
最悪10メートル以上海面上昇…将来に禍根残す温暖化の影響
沖大幹
本当によくわかる「量子コンピュータ入門」(1)量子コンピュータとは何か
「量子コンピュータ」はどういうもので、何に使えるのか
武田俊太郎
現在の宇宙の姿(1)星はなぜ自ら輝くのか
星はなぜ自ら輝くのか…宇宙と銀河の「現在の姿」を概観する
岡村定矩
科学的思考はなぜ大切か(1)「状態図」という概念
科学的思考とは「なぜ?」を追究していくこと
岡部徹
ChatGPT~AIと人間の未来(1)ChatGPTは何ができて、何ができないか
ChatGPTは考えてない?…「AIの回答」の本質とは
西垣通

人気の講義ランキングTOP10
編集部ラジオ2026(35)鶴見太郎先生の公開収録を振り返る
【10min紹介】鶴見太郎先生の公開収録を振り返る・・・お寄せいただいた声
テンミニッツ・アカデミー編集部
『オデュッセイア』で読み解く神話の秘密(1)物語の構造を読み解くおもしろさ
『オデュッセイア』の面白さの秘密を神話の構造から読み解く…なぜ波乱万丈の神話が人間の創作の源泉になったか
松村一男
小澤開作と満洲事変・日中戦争(1)少年時代の苦労と五族協和の夢
満洲で「五族協和」に命を懸けた小澤征爾の父・小澤開作
小澤俊夫
「満洲」から考える日本とアジア(8)日貨排斥と満洲事変の原因
なぜ満洲事変が起きたか…激烈な日本排斥と朝鮮人迫害、さらに一方的な条約無効化に直面した日本人の決断と失敗
宮脇淳子
教養としての「ユダヤ人の歴史とユダヤ教」(1)ユダヤ人とは誰のことか
ユダヤ人とは?なぜ差別?お金持ち?…『ユダヤ人の歴史』に学ぶ
鶴見太郎
50代からの親の介護~その課題と準備(2)マネジメントとしての介護
介護を「プロジェクト」と捉え、マネジャーに徹すべし
太田差惠子
現在の宇宙の姿(2)太陽系から星の世界へ
太陽系とその外に広がる星の世界との関係
岡村定矩
高齢者のフレイル・認知症とその予防対策(1)老年病科と高齢者の疾患・病態の特徴
頻尿、低栄養、転倒、誤嚥、フレイル…増える老年症候群と高齢者の疾患・病態の特徴
小川純人
プラトン『ポリテイア(国家)』を読む(1)史上最大の問題作
全米TOP10大学の必読書1位が『ポリテイア(国家)』
納富信留
習近平中国の真実…米中関係・台湾問題(1)習近平の歴史的特徴とは?
一強独裁=1人独裁の光と影…「強い中国」への動機と限界
垂秀夫