東京理科大学の安藤格士准教授は２１日、水系の分子シミュレーションモデルとして有望視されているＯＰＣとＯＰＣ３を用いてさまざまな温度におけるせん断粘度の評価を行い、広く用いられている他の水モデルよりも優れているという結果を報告した。安藤准教授は「水系の分子シミュレーションを行う際の基礎的データとなる」と話している。

研究では、ＯＰＣとＯＰＣ３モデル、ＴＩＰ４Ｐ/２００５、ＴＩＰ４Ｐ－ＦＢ、ＴＩＰ３Ｐ－ＦＢモデルにおいて、２７３,２８３,２９３,２９８,３０３,３１３,３３３,３５３,３７３Ｋの９つの温度でせん断粘度を計算しました。液体の水をシミュレートするために、一辺の長さが約４０Åと２０Åの立方体の箱に、それぞれ２０００個と２５６個の水分子を入れた２つの系を採用した。

その結果、ＯＰＣとＯＰＣ３では、温度が３１０Ｋ以上では実験値とよく一致しましたが、それ以下の温度ではでは実験値からの乖離が見られ、２９８Ｋでは実験値より１０％、２７３Ｋでは実験値より２０％低いという結果になった。ＯＰＣおよびＯＰＣ３モデルのせん断粘度の予測性能は、ＴＩＰ４Ｐ/２００５、ＴＩＰ４Ｐ－ＦＢ、およびＴＩＰ３Ｐ－ＦＢの予測性能よりも低かったものの、２９３Ｋ以下の温度では、ＳＰＣ/ＥおよびＴＩＰ３Ｐモデルの予測性能よりも優れていた。

そこで、ＯＰＣとＯＰＣ３の水モデルのせん断粘度が低温で過小評価される理由について、水の酸素原子間の動径分布関数ｇ（ｒ）に着目し、本研究で検討した各モデルについて検討した。その結果、２７３Ｋ におけるｇ（ｒ）の最初のピークの高さは、ＴＩＰ４Ｐ－ＦＢ ＞ ＴＩＰ４Ｐ/２００５＞ ＴＩＰ３Ｐ－ＦＢ ＞ＯＰＣ３ ＞ ＯＰＣの順に減少。

この順序は、２７３ Ｋで測定されたせん断粘度の減少順序（ＴＩＰ４Ｐ－ＦＢ＞ＴＩＰ３Ｐ－ＦＢ＞ＴＩＰ４Ｐ／２００５＞ＯＰＣ３≈ＯＰＣ）とほぼ一致しており、せん断粘度がｇ（ｒ）の最初のピークの高さと相関していることを示していることが判明した。

ＴＩＰ３Ｐ－ＦＢの最初のピークは、ＴＩＰ４Ｐ/２００５のそれよりも短い距離に現れ、ＯＰＣ水モデルでは、最初のピークはＯＰＣ３よりも長い距離に位置した。この結果は、せん断粘度がｇ（ｒ）の最初のピークの位置とともに減少することを示唆している。

安藤准教授は、「今回の研究対象であるＯＰＣ、ＯＰＣ３水モデルは、その性能の⾼さゆえに注⽬されているが、粘性に関しては報告がなかった。そこで、計算の結果を報告し、研究者コミュニティで共有できるようにしたいと思う。本研究結果は、水系の分子シミュレーションを行う際の基礎的なデータとなる」と、研究の意義を語った。