2017 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding the anisotropic gelation mechanism by constructing the statistical mechanics for the novel phase-transition dynamics and application of the statistical mechanics
| Project/Area Number |
15K05241
|
|---|
| Research Institution | Gunma University |
|---|
Principal Investigator |
山本 隆夫 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80200814)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土橋 敏明 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (30155626)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 異方性ゲル / 動的モンテカルロシミュレーション / 高分子鎖の配向 / 境界面近くの高分子鎖 / 化学ポテンシャル傾斜 / 相転移の動力学 / ゼラチン溶液のゲル化 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
(1) 化学ポテンシャル傾斜をもつ動的モンテカルロシミュレーションにおける境界条件の設定の検討において、成長ゲル表面近くの高分子溶液（境界ゾル溶液）が、特異的な境界条件下に置かれていることに気付いた。特異的な境界条件とは、ゲル界面が存在することにより高分子鎖が次の2つのタイプの運動の制限を受けることである。(i)ゲル界面の存在による高分子鎖の運動領域の制限。(ii)ゲル界面に高分子鎖が部分的に結合することによる運動の制限。それぞれの制限と化学ポテンシャル傾斜が高分子鎖の配向にどのような影響を与えるかを動的モンテカルロシミュレーションで調べ、次のような結果を得た。
(結果1)(i)の制限のためゲル界面近くでは高分子鎖はゲル界面に平行方向に配向する。化学ポテンシャル傾斜はこの傾向を促進し、勾配が強くなるほど配向度は増加する。
(結果2)(ii)の制限により高分子鎖はゲル化時にゲル界面に平行な方向に配向する。その配向の程度はゲルの成長速度が速いほど減少する。この配向度の減少は実験結果とは矛盾するが、成長速度の速い系では化学ポテンシャル傾斜は大きいので、このことを考慮すると実験結果との矛盾は解消される。
以上より、化学ポテンシャルの傾斜に加え、境界ゾル溶液では、(i)、(ii)という高分子鎖の運動制限が生じるために、透析によるゲル化では異方性が表れることが分かった。
(2) 酵素によるゼラチン溶液のゲル化ダイナミックスの実験データの解析より、境界ゾル溶液の自由エネルギーの関数形の候補を絞ることができた。異方性ゲル形成のダイナミックスを相転移のダイナミックスの一般化として記述する枠組みを構築できた。赤血球に接触させた血漿のゲル化の実験を行い、成長ゲル厚が経過時間の一次関数となるという結果を得た。この結果は自由エネルギー律速のダイナミックスとして説明できる。
|
