Starting from a hydrogen-ordered ice structure, the algorithm introduces randomness by inverting directed cycles randomly.
Masakazu Matsumoto
The algorithm to prepare a hydrogen-disordered ice structure proposed by Rahman and Stillinger is illustrated.
Starting from a hydrogen-ordered ice structure, the algorithm introduces randomness by inverting directed cycles randomly.
Starting from a hydrogen-ordered ice structure, the algorithm introduces randomness by inverting directed cycles randomly.
updated 3 years ago
Starting from a hydrogen-ordered ice structure, the algorithm introduces randomness by inverting directed cycles randomly.
青の分子は中央の半透膜を透過できないので、膜の上下で圧力差が生じます。これが浸透圧です。
* ソースコード github.com/vitroid/p5js/tree/main/osmosis
* 実装 vitroid.github.io/p5js/osmosis
The motion is counter-intuitive.
x方向とy方向の速度分布がそれぞれの軸上にリアルタイムで表示されます。それらは、短時間の間に正規分布になります。
Rahmans: youtu.be/Wj7kSzckyA8
Bushs: youtu.be/feccn_pUov0
Ours: youtu.be/5Yy8hY9A63M
The algorithm finds the Euler cycle in the ice lattice. It is a linear-time algorithm.
The blue dots are defects not having two incoming or two outgoing hydrogen bonds. The algorithm stochastically purges such defects.
ペットボトルの中身は、長い時間をかけて平衡状態になっているはずなので、温度がわずかしか上がらなければ、圧力も変わらないはずです。
これを実証してみました。
ただし、さらに深く考えると、非常に細かい泡が生じた場合には、ラプラス圧によって圧力がわずかに高くなる可能性があります。
The research suggests that filling the gaps in the nanobrushes made of carbon nanotubes with water may change the crystalline structure of the water and produce ice that does not melt until 50°C.
doi.org/10.1063/1.5111843
圧倒的にEOハイドレートのほうが速く成長することがわかります。なぜでしょうか。
EOハイドレートの場合には、すべてのケージにEO分子が入れるので、入り間違いはおこりません。一方、THFハイドレートは大ケージにしか入れないので、誤ってハイドレート表面の小ケージの場所に吸着した場合には、ふたたび表面から離脱するまで結晶成長が止まってしまうからです。
この現象を積極的に利用し、ケージに入りたがるのに実際には入れない分子を添加することでハイドレートの結晶成長を抑制する手法もあります。
The left image simulates the growth of type I hydrate from ethylene oxide (EO) aqueous solution and the right image simulates the growth of type II hydrate from tetrahydrofuran (THF) aqueous solution.
By far, the EO hydrate grows faster than the EO hydrate. Why is this?
In the case of EO hydrate, every cage is filled with EO molecules, so there is no chance of misplacement. On the other hand, THF hydrate is only allowed to enter the large cage, and if it is accidentally adsorbed to a small cage on the surface of the hydrate, the crystal growth stops until it leaves the surface again.
This phenomenon can be actively exploited by adding molecules that want to enter the cage, but cannot, to inhibit the crystal growth of the hydrate.
* http://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b10293
* http://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b06498
Mochizuki, K. & Koga, K. Solid-liquid critical behavior of water in nanopores. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 112, 8221–8226 (2015).
Because it is super water-repellent!
As you can see, the skin is glittering and it seems to be water-repellent. So I made a 3D-printed anole (named Anolis Plasticus) with a variety of coatings and found that the normal water-repellent coating didn't keep a bubble. Therefore, we fabricated a super water-repellent Anole named Anolis Repellentus using Glaco mirror-coat zero super water-repellent coating (for automobile mirror). I finally got a big bubble!
A water anole breathes in water by moving air in and out between air bubbles and lungs. Therefore, it is essential to keep the bubble volume as large as possible. When it exhales air, it goes into the bubble and diffuses around the air membrane around the body. It has a very large surface area for exchanging CO2 and O2.
I expect that it controls the angle of the head to keep the bubble close to the nostrils. Otherwise, the bubble is very mobile and easily moves to the highest position of the head (for example, the eye lid).
It is a research work of Masakazu Matsumoto, Okayama University, Japan.
なぜウォーターアノールは水中で呼吸できるのか?
なぜなら超撥水性の皮膚を持っているからだ!
もとの写真を見ると、皮膚がギラついていて、水を弾いているように見えます。そこで、我々は3Dプリンタで実際にトカゲを作り(Anolis Plasticusと名付けました)、その表皮にいろんなコーティングをして、ウォーターアノールど同じように泡を作れるか試しました。
その結果、トカゲの皮膚は単なる撥水性では不十分で、超撥水性でないと泡を保持できないことがわかりました。自動車のミラーに塗る超撥水性コーティングであるガラコミラーコートゼロを塗ったトカゲ(Anolis Repellentusと名付けました)だけが、泡を安定に保持できました。
彼らは肺と気泡の間で空気を移動させて呼気の交換を行うので、大きな泡を作る必要があります。吐きだした息は、気泡にたまるだけでなく、体表面を覆う空気膜に拡散していきますから、仮想的にはとても大きな表面積で二酸化炭素と酸素を交換できるはずです。
超撥水性表面に生じる泡は、通常の泡とは違いとても動きやすいので、いつも鼻を高く維持し、泡が鼻の穴の近くにくるように制御する必要があります。また、水中に長くとどまるためには、泡をできるだけ失わないよう、肺活量を厳密に制御する必要もあります。なかなか人間には真似できない技ですね。
これは岡山大学異分野基礎科学研究所の研究です。今のところ論文にはなっていません。共同研究をご希望の場合はご連絡下さい。
2019年3月2日に秋葉原UDXシアターで開催される、見える化シンポジウム2019用に編集した映像。音楽はnekamiさん(twitter.com/nekami_works )です。
質点とバネでできた128x72の格子の運動をLeap frog積分で時間発展させて膜面の運動をシミュレーションします。それで生じた凹凸に従って屈折・集光する光の濃淡を表示しています。
ソースは github.com/vitroid/PyCaustics で公開しています。
プールの底のきらめきをシミュレーション。
酸化エチレン水溶液からハイドレートが核生成する過程をシミュレーションしました。ネットワーク解析の実例として、さまざまな尺度を用いてこの過程を解析し、酸化エチレンのI型水和単結晶が生じていることを確認しました。
Yagasaki, T., Matsumoto, M. & Tanaka, H. Formation of Clathrate Hydrates of Water-Soluble Guest Molecules. J. Phys. Chem. C 120, 21512–21521 (2016).
In was published in the Physical Review Letters: doi:10.1103/PhysRevLett.115.197801
The ice T appeared at the interface between liquid water (blank area) and ice VII (red dots) quickly fill the liquid region, then it erudes ice VII and finally the whole system is filled with a single crystal of ice T.
To cite this video: Hirata, M., Yagasaki, T., Matsumoto, M. & Tanaka, H. Phase diagram of TIP4P/2005 water at high pressure. Langmuir acs.langmuir.7b01764 (2017). doi:10.1021/acs.langmuir.7b01764
To cite this video: Hirata, M., Yagasaki, T., Matsumoto, M. & Tanaka, H. Phase diagram of TIP4P/2005 water at high pressure. Langmuir acs.langmuir.7b01764 (2017). doi:10.1021/acs.langmuir.7b01764
http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_anomalies.html
BGM is not included. Please sing by yourself.
Martin Chaplinのサイトから抜粋加筆しました。
http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_anomalies.html
著作権の都合でBGMは含まれていません.各自で口ずさんで下さい.
Swim the sea of water molecules.
動いている間は撮影されないので、ワープしているように見えます。
Movie taken with the camera that refuses to capture any motion.
Processed from the original movie at
youtube.com/watch?v=kw3MEiTKbpk .
Movie with the "Persistence of vision" camera.
Processed from the original movie at
youtube.com/watch?v=kw3MEiTKbpk .
Right: normal liquid water at room temperature; T=300 K, 1.0 g / cm3.
Molecules in SCW travel like those in gas, but sometimes make a cluster like liquid.
超臨界水は、気体のように分子がばらばらになっている部分と、液体のように水素結合でつながってクラスタになっている部分が混在しています。
3D-printable unit cell of the new crystal is available here: http://www.thingiverse.com/thing:346416
See DOI:10.1039/c4cp01616e for detail.
670 K, 0.3 g/cm. One picosecond is stretched one second in the movie.
The hydrogen bond network is shattered but still clusters exist.
Free water molecule spins and hugs another.
Compare with normal water: http://youtu.be/FtxLih3KeTA
前半では、氷VIIに近い結合状態の水分子は赤または青で表現し、どちらとも言えない分子には白を着色しました。氷VIIはほとんど真っ青、プラスチック氷と臨界状態では赤白青の混合状態になっているのがわかります。
後半では、立方体形状の結晶の内部の状態まで見えるようにするために、分子を描く代わりに、色の濃さごとの等高面を描いています。プラスチック氷は、赤白青の混合状態のままですが、臨界状態では、全体が真っ青や真っ赤(つまり氷VIIと同じ構造)の状態から、赤白青の混合状態まで、すべての状態がつぎつぎに出現するのがわかります。
プラスチック氷相と、その臨界状態は岡山大学理学部化学科理論化学研究室でコンピュータシミュレーションにより予言されました。実験による検証を待っています。
Himoto, K., Matsumoto, M. & Tanaka, H. Yet another criticality of water. Phys. Chem. Chem. Phys. -- (2013). http://dx.doi.org/10.1039/c3cp54726d
Comparison of ice VII, plastic ice, and their critical state.
Pressure is 5 GPa for ice VII and plastic ice, and 18 GPa for critical point.
Note that the phase transition between ice VII and plastic ice is first-order at low pressure and second-order at higher pressures than 13.3 GPa according to the simulation result.
Blue and red color indicate the local order of ice VII. In critical state, you can see the large fluctuation of the order parameter from all-blue to all-red, corresponding to the total flip of the spins in the Ising model.
Comparison of molecular motion of water at the same pressure.
Left: ice VII, in which both translation and rotation are not allowed
Center: the plastic phase of water, in which rotation is allowed but molecules are on the lattice sites.
Right: supercritical fluid water, in which water molecules move freely.
Molecules in solid phases are colored according to the orientational order parameter.
Note that the plastic ice phase is predicted by computer simulation but yet to be discovered by experiments.
Crystal ice nucleation starts after 500 ns inside the low-density liquid region and it fully crystallizes after 800 ns, when a single crystal of ice spans across the simulation cell.
Total volume is fixed constant and therefore the ice cannot finally fill the whole cell and some high-density liquid region remains unfrozen under very high pressure.
To cite this: Yagasaki, T., Matsumoto, M. & Tanaka, H. Spontaneous liquid-liquid phase separation of water. Phys. Rev. E 89, 020301 (2014). doi:10.1103/PhysRevE.89.020301