2017 Fiscal Year Annual Research Report
Fluctuation and Rheology of Soft Matter in Nonequilibrium Steady States
| Project Area | Synergy of Fluctuation and Structure:Foundation of Universal Laws in Nonequilibrium Systems |
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| Project/Area Number |
25103006
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
折原 宏 北海道大学, 工学研究院, 教授 (30177307)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長屋 智之 大分大学, 理工学部, 教授 (00228058)
佐藤 勝彦 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (90513622)
日高 芳樹 九州大学, 工学研究院, 助教 (70274511)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | ソフトマター物理 / 非平衡ゆらぎ / レオロジー / せん断流 / 非ニュートン流体 / 負の粘度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の研究により、負の誘電率異方性（ダイレクターに平行方向より垂直方向の誘電率が小さい）を持つ液晶では一定せん断速度の下で電圧を上げていくとせん断応力が減少し、高電圧側ではせん断応力が負となることがわかった。また、応力ゼロの状態でレオメーターの平行平板間に挟んだネマチック液晶に電場を印加し、液晶電気対流を発生させると、円盤が自発的に回転する現象が見出され、この回転方向が外力により反転することも確認された。さらに、せん断応力制御によりせん断速度との関係を負の領域を含めて測定したところ、これらの量の間に強磁性体や強誘電体などで見られる履歴曲線が観測された。これより、この性質をferroviscosity、この状態の液晶をferroviscous fluidと命名した。本年度はこの現象についてさらなる実験および理論的考察を行なった。その結果、せん断速度制御により測定を行なうとせん断応力とせん断速度の間にS字曲線が観測され、明らかに粘度が原点付近で負になっていることが分かった。さらに、電場を変えるとS字曲線が相似的に変化することから、次元解析的考察を行ない、応力とせん断速度を電場の自乗でスケールすると電場の異なるデータがすべて一つのユニバーサルな曲線に乗ることを示した。実験結果をエリクセン・レスリー方程式により解析したところ、応力は粘性と電場を起源とする２種類に分離できることが分かり、負の粘性に寄与するのは後者であることが明らかになった。また、乱流状態におけるダイレクターの配向分布を考慮したモデルにより実験によって得られた履歴曲線を再現することができた。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(26 results)
