2017 Fiscal Year Annual Research Report
変形可能な超粒子分散系におけるパッシブ・アクティブダイナミクスの統一的研究
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16H06018
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
川崎 猛史 名古屋大学, 理学研究科, 助教 (10760978)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | レオロジー / 非平衡相転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は主に以下の研究成果が得られた．
(i)[コロイド分散系の粒子軌道に関する非平衡相転移の機構解明] ジャミング転移点近傍における系の流動特性は複雑を極めており理解が遅れている．我々は，周期剪断下における粒子シミュレーションを用いることにより，粒子軌道に関する様々なタイプの「非平衡相」がジャミング転移点近傍において存在することを発見した．さらに，これらの非平衡相が，現在ソフトマター分野で最も理解が遅れている降伏現象などの非平衡現象とも密接に関係することを明らかにしつつある．
(ii) [コロイド分散系の不連続シアシックニングの機構解明] 本研究では，熱揺動力で駆動された柔らかい粒子間に，接線摩擦を与えるという条件下で流動特性を調べた．特に，熱搖動力を無視した際は，シアシックニングは見られず，粘性率は摩擦がない時に比べ高い値となった．一方，粒子に熱搖動力を少しでも与えると，せん断率が小さい時の粘性率は，摩擦なしの時の値と等しくなり，せん断率がある臨界値を超えると，摩擦ありの時の値にジャンプした（不連続シアシックニング）．本研究では，その臨界値が，熱エネルギーと粒子の柔らかさの比の1/2乗に比例するという，熱揺動力と粒子の柔らかさの両者が不連続シアシックニングにおいて重要であることを明らかにした．
(iii)[過冷却水におけるStokes-Einstein則の破れの機構解明] 本研究では，過冷却水の粘性率が氷点下で急激に増大する原因が，長時間存続する不均一な水素結合ネットワークの成長と関係があることを分子動力学シミュレーションによって解明した．これに関係して，多くのガラス性物質において普遍的に観測されるStokes-Einstein則の破れの原因を分子レベルで初めて明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究成果(i)-(iii)はすべて，複雑流体における流動特性に関係する研究成果である．粒子の変形に注目した研究はやや遅れているが，粒子の柔らかさに注目した研究では成果を出すことができた．これに関係した成果(i)は論文執筆中，(ii)は論文投稿中である．また，過冷却水を用いた複雑流体に関する成果(iii)では，Science Advances誌に掲載され，さらに新聞4誌で紹介されるなど，社会貢献にも繋がった．総じて研究は順調に遂行できていると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は，研究成果(i)の論文を完成させ，さらには，粒子軌道転移と，シアジャミングとの関係について詳しく調べたい．これに加えて，アクティブマターの流動特性に関して研究を遂行させる．その際，粒子の変形効果も考慮したい．
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