2017 Fiscal Year Research-status Report
Pattern formation using self-propelled motors which have high nonlinearity
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17K05835
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
中田 聡 広島大学, 理学研究科, 教授 (50217741)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 非線形 / 時空間パターン / 非平衡 / 自己駆動 / 同調 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子情報に基づいた時空間運動パターンの構築と制御を行うために、次の(1)～(4)の研究を行った。(1)表面ポテンシャルに極小値を持つ自己駆動制御分子を合成・物性評価し、自己駆動系に適用する実験：新しいタイプの両親媒性分子の合成を行い、表面圧測定等、駆動力制御の実験を行った。(2)光照射で表面ポテンシャルが変化する両親媒性分子を合成・物性評価し、時空間運動パターンを光制御する実験：光照射で二量化する両親媒性分子を用いて実験を行った。その結果表面圧の変化に依存した特長的な運動を発現することに成功した。(3)駆動力分子の拡散場に依存した運動様相発現：ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）水相上に浮かべたサリチル酸ブチル（ＢＳ）液滴について実験を行った。その結果、ＳＤＳ濃度に依存して２種類の往復運動を見い出した。高濃度では境界で反転する運動であり、低濃度では境界から離れた界面で反転した。低濃度での振幅の小さい反転運動では、ＢＳのＳＤＳによる溶解が表面張力の反転を導くことを明らかにした。この反転機構を確かめるために数理モデルを構築し、数値計算したところ定性的に２種類の往復運動を再現させることに成功した。(4)気水界面における駆動力分子の反応拡散速度のバランスに依存した運動様相の発現：樟脳運動系について、樟脳船の中心に樟脳粒を付着させると、振動運動が生じることを過去に報告しているが、振動運動の周期が何に起因するかは不明であった。そこで、樟脳粒の溶解速度、樟脳分子の拡散速度、加速するための閾値濃度、粘度依存性を実験的に解明し、反応拡散方程式で理論的に周期を導出したところ、周期と温度の関係がかなり再現されることを見い出した。
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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
本研究では、表面ポテンシャルの性質と反応拡散のダイナミクスをターゲットにして、特徴的な運動パターン発現に必要な非線形性を実験的・理論的に究明し、ミクロとマクロから実験系を設計することを目的とする。具体的には非線形性を持ち駆動力に関わる分子を合成又は選出し、表面ポテンシャルと反応拡散の評価とともに実験条件の最適化を行う。そして、自己駆動モーターの実験結果を理論と実験系にフィードバックし、検証と改良を繰り返す。現在計画通りに進捗し、学術誌（欧文、査読つき）も多数報告した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)表面ポテンシャルに極小値を持つ自己駆動制御分子を合成・物性評価し、自己駆動系に適用する実験について：新しいタイプの両親媒性分子の合成を更に合成し、分子レベルから自己駆動運動を発現・制御する。(2)光照射で表面ポテンシャルが変化する両親媒性分子を合成・物性評価し、時空間運動パターンを光制御する実験について、クマリンのｐＨ応答は明らかになったので、次のステップとして光応答へと進展させる。また、スピロピラン等、光照射で二量化する両親媒性分子についても実験を進めたい。(3)駆動力分子の拡散場に依存した運動様相発現：高分子から構成される長さを持つ自己駆動体について実験を行い、多様な同調運動パターンを発言する。(4)気水界面における駆動力分子の反応拡散速度のバランスに依存した運動様相の発現について、樟脳誘導体分子について明らかにしたい。(5) 多数の自己駆動体を用いたパターン発生の実験を行う。
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| Causes of Carryover |
研究の途中で、より精度の高い実験結果を導く必要性が生じたために、実験システムの改良を行った。これにより使用額に変更が生じた。学術論文の報告にあるように、研究の進捗状況には問題ない。使用計画については、次年度改良されたシステムを用いた実験に重点的にあて、研究の議論のための出張費にもあてる。
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