2018 Fiscal Year Annual Research Report
Formulation and application of veriational approaches to non-equilibrium phenomena
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16K13844
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
川勝 年洋 東北大学, 理学研究科, 教授 (20214596)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今井 正幸 東北大学, 理学研究科, 教授 (60251485)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 散逸関数 / ソフトマター / 非平衡過程 / 絡み合い高分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強い非平衡条件下に置かれた複雑液体の構造相転移現象を、自由エネルギー（あるいはハミルトニアン）とレーリーの散逸関数を用いた変分原理の形式で定式化することで、非平衡状態の安定性を定量的に議論できる枠組みを構築することを目指して研究を行った。最初の例は、リン脂質分子が作る2重膜が閉じた構造をとるベシクルである。膜に開けられた小孔を通ってベシクルが移動する問題に対して、Helfrichの弾性板モデルと散逸関数を用いた定式化を導入し、ベシクルの変形と分裂過程の運動方程式を導出し、動的過程における散逸の重要性について確認することができた。また、親ベシクルが子ベシクルを生むプロセスに関して、親ベシクルにあけられた小孔を通って子ベシクルが放出される過程を散逸関数を用いて定式化し、その動力学を調べた。ベシクルのサイズ、曲げ弾性定数、表目張力、小孔の周囲の線張力などのパラメタによって、子ベシクルの放出過程に准安定状態が生じることが分かった。
また、別の例として、グラフト鎖で覆われた固体壁面間の摩擦と潤滑現象(ルブリケーション）に関して、絡み合い高分子の理論と散逸関数による定式化を導入した。固体壁面にずり変形を掛けた時のスティック・スリップ現象を、鎖の絡み合いの緩和と、鎖の配位の変化を基に再現することに成功した。この現象に対して、散逸関数を用いた定式化を実行し、定常状態が出現する条件に付いて明らかにする処方箋を開発した。
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