氷結晶の非等方的成長機構とパターン形成ダイナミクスに関する共同研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10044049
• Research Category: Grant-in-Aid for international Scientific Research
• Section: Joint Research .
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 古川 義純 北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (20113623)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): GURTIN M.E. カーネギーメロン大学, 教授 ; SEKERKA R.F. カーネギーメロン大学, 教授 ; 灘 浩樹 工業技術院資源環境技術総合研究所, 研究員 ; 横山 悦郎 山口大学, 工学部, 助教授 (40212302) ; 儀我 美一 北海道大学, 理学研究科, 教授 (70144110)
• Keywords: パターン形成 / 氷結晶 / 樹枝状成長 / ファセット成長 / 界面張力 / 界面カイネティクス / 異方性 / 計算機シミュレーション

Research Abstract

氷結晶の成長におけるパターン発展は、非線形・非平衡条件での界面のパターン形成の最も典型的な例である。しかし、氷結晶は界面張力の異方性に加え、界面カイネティクスの異方性がパターン形成に関与するため、従来の理論的考察の範囲ではそのパターン形成機構を解明することができない。この問題を解決するため、古川は氷結晶成長における円盤結晶の成長実験的研究を行い、このデータを横山とSekerkaとともに解析した。その結果、界面カイネティクスの異方性により異なる2種のパターン形成機構が存在することが明らかになった。この成果は、現在J Physical Chemistryに投稿中である。
一方、界面でのファセットの生成機構についての国際シンポジウムを共同研究者の儀我との協力により札幌で1999年1月に開催した。この会議には、米国NISTのJ.Warren研究員を招へいし、ファセット成長機構について議論した。
また、古川、横山、塚本勝男(東北大学理)、長島和茂の4名がカーネギーメロン大学を訪問し、Sekerka、Gurtin教授とともに界面カイネティクスの異方性の役割についての集中的な討論を行った。また、灘をオランダのユトレヒト大字van der Eerden教授の元に派遣し、氷結晶の表面および界面の計算機シミュレーションの結果について討論を行った。これは、双方で異なる方法で氷表面・界面の計算機シミュレーションを行っているためで、両者を比較検討して一致点と相違点を明らかにし、今後の計算結果の解析に役立てるためである。
来年度は、結晶成長の潜熱により生じる熱拡散場の効果も検討対象として、氷結晶のパターン形成機構を解明する。

Research Products

• [Publications] 古川 義純: "過冷却水中での氷の樹枝状結晶成長と微小重力効果" 材料科学. Vol.35,No.2. 74-81 (1998)
• [Publications] 古川 義純: "氷結晶の一方向成長における界面カイネティクスの効果の実験的研究" Space Utilization Research. Vol.15. 40-43 (1999)
• [Publications] Etsuro YOKOYAMA,Koichi OKADA and Katsuo TSUKAMOTO: "PRECISE VISUALIZATION OF THE NON-STEADY STATE CONCENTRATION FIELD AROUND A GROWING CRYSTAL IN SOLUTION" Forma. (印刷中). (1999)