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2017 Fiscal Year Annual Research Report

泡沫状態の物理的起源と特性の解明

Research Project

Project/Area Number 17H02945
Research InstitutionTokyo Metropolitan University

Principal Investigator

栗田 玲  首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (20579908)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords泡沫 / ソフトマター / 雪崩現象
Outline of Annual Research Achievements

泡沫とは,気体の泡を液体中に多数閉じ込めた状態であり,様々な場面で見ることができる.例えば,石鹸泡や消泡剤といった日常的な場面に加え,乾燥から身を守るために泡で身体をコーティングする虫や泡の中に卵を産み,外敵から守るモリアオガエルなど生態系でも泡沫は利用されている.泡沫は,時間とともに壊れ,気体の泡が抜けていき,最終的には単なる水滴になっていく.
泡沫は,ソフトジャミング系と呼ばれ,気体が高密度に詰まっていることにより,弾性を有している.このため,泡が形状を保持できる.弾性率は液体分率によって変化し,液体分率の増加とともに低下していく.一方で,泡沫は時間とともに崩壊することで,液体分率は増加する.泡沫の利用にとって,この崩壊過程を理解することは重要であると考えられている.
崩壊過程の一つに,泡沫が一気に崩壊する雪崩的崩壊がある.この雪崩的崩壊は,一番破壊的な崩壊過程であるにもかかわらず,その機構についてほとんどわかっていなかった.我々は,雪崩的崩壊過程を高速度カメラを用いて直接観察を行った.その結果,伝搬モードと貫通モードの2種類が存在することがわかった.また,液体分率依存性も調べ,理論予想とは異なる結果が得られた.これらの結果から,液体膜のゆらぎまで考慮する必要があることが示唆された.液体膜のゆらぎの液体分率依存性という概念はこれまで重要視されてこなかったが,この研究により,その重要性が認識された.これは泡沫の理解へ重要な知見であり,今後の研究発展につながると考えている.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究課題は,「泡沫物性の液体分率依存性」を主のキーワードとして,研究を進めている.泡沫の安定性は理学的な興味だけではなく,産業的にとっても重要な性質であり,この崩壊過程を理解することは重要であると考えられている.
崩壊過程の一つに,泡沫が一気に崩壊する雪崩的崩壊がある.この雪崩的崩壊は,一番破壊的な崩壊過程であるにもかかわらず,その機構についてほとんどわかっていなかった.我々は,雪崩的崩壊過程を高速度カメラを用いて直接観察を行った.その結果,伝搬モードと貫通モードの2種類が存在することがわかった.また,液体分率依存性も調べ,理論予想とは異なる結果が得られた.これらの結果から,液体膜のゆらぎまで考慮する必要があることが示唆される結果が得られた.
液体膜のゆらぎの液体分率依存性という概念はこれまで重要視されてこなかったが,この研究により,その重要性が認識された.これは泡沫の理解へ重要な知見であり,今後の研究発展につながると考えている.

Strategy for Future Research Activity

泡沫はソフトジャミング系と呼ばれ,弾性を有している.すなわち,力を外から加えたときにバネのように反発する.泡沫において,どのような機構で力を返すのか,内部構造の変化など不明な点が多い.本年度は,力学特性の液体分率依存性を明確にすることを考えている.

  • Research Products

    (11 results)

All 2017

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Journal Article] Ubiquitous transient stagnant domain formation during thermal convection in a well-mixed two component fluid with large viscosity difference2017

    • Author(s)
      Kobayashi Kazuya U and Kurita Rei
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 7 Pages: 12983

    • DOI

      10.1038/s41598-017-13409-w

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Response of Soft Continuous Structures and Topological Defects to a Temperature Gradient2017

    • Author(s)
      Rei Kurita, Shun Mitsui, and Hajime Tanaka
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 119 Pages: 108003

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.119.108003

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Control of pattern formation during phase separation initiated by a propagated trigger2017

    • Author(s)
      Kurita Rei
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 7 Pages: 6912

    • DOI

      10.1038/s41598-017-07352-z

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dynamical transition in a jammed state of a quasi-two-dimensional foam2017

    • Author(s)
      Rei Kurita, Yujiro Furuta, Naoya Yanagisawa, and Noriko Oikawa
    • Journal Title

      Phys. Rev. E

      Volume: 95 Pages: 062613

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.95.062613

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Pattern Formation during Phase Separation with a Propagated2017

    • Author(s)
      Rei Kurita
    • Organizer
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thermal Convection in a Well-Mixed Two Component Fluid with Large Viscosity Difference2017

    • Author(s)
      Kazuya U. Kobayashi and Rei Kurita
    • Organizer
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Close Connection between a Dry-Wet Transition and a Bubble Rearrangement in Quasi-Two-Dimensional Fo2017

    • Author(s)
      Yujiro Furuta, Noriko Oikawa and Rei Kurita
    • Organizer
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Relationship between a Bubble-Avalanch Dynamics and a Superdry-Sry Transition in a Quasi-Two-Dimensional Foam2017

    • Author(s)
      Naoya Yanagisawa, Rei Kurita and Noriko Oikawa
    • Organizer
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dynamical transition of thermal convection in a physical gel near the sol-gel transition2017

    • Author(s)
      Kazuya U. Kobayashi and Rei Kurita
    • Organizer
      4th International Soft Matter Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mixing dynamics of ionic liquids/water systems2017

    • Author(s)
      Noriko Oikawa and Rei Kurita
    • Organizer
      4th International Soft Matter Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 擬2次元泡沫における雪崩的崩壊ダイナミクス2017

    • Author(s)
      柳沢直哉,栗田玲
    • Organizer
      ソフトマター研究会

URL: 

Published: 2018-12-17  

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