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2019 Fiscal Year Research-status Report

電気二重層相互作用の起源をあらためて問い質す

Research Project

Project/Area Number 18K03555
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

菱田 真史  筑波大学, 数理物質系, 助教 (70519058)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 秋山 良  九州大学, 理学研究院, 准教授 (60363347)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Keywordsコロイド / 電気二重層斥力 / DLVO理論
Outline of Annual Research Achievements

本申請者らは、電解質溶液中で積層した荷電二重膜において、電気二重層相互作用がGouy-ChapmanやDebye-Huckelが100年ほど前に提唱したのとは全く異なる機序で働くことを発見した(M. Hishida et al., Phys. Rev. E, 2017)。しかし、過去の理論の問題点や新しい理論の適用可能範囲などはいまだ不明確である。電気二重層相互作用はソフトマター間の相互作用でも最も重要なものの一つであり、コロイド化学や生物学などにも広く関係するため、その起源の精査は必要不可欠かつ急務の課題である。そこで、本研究では本成果に立脚し、電気二重層相互作用の起源をあらためて問い質し、新たな理論体系を構築することを目指して研究を行っている。
2019年度は、まず球状コロイドを用いた平衡のコロイド間距離の測定を継続して行った。実験はX線小角散乱を高エネルギー加速器研究機構のPhoton Factoryで行った。昨年度までと同様に構造因子を算出し、平衡コロイド間距離を求めた。本年度はコロイド自体の濃度がコロイド間距離に与える影響を調べた。その結果、溶液中のイオン強度が同じでもコロイド濃度が変わればコロイド間距離が異なることが明らかになった。このことは、DLVO理論がコロイド凝集系には適用できないことを示しており、系全体の熱力学を考えなければいけないという我々のこれまでの主張を裏付けるものである。今後はこの実験結果をもとに、過去の理論を統合するような新たな理論の構築に励む。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

イオンの価数だけでなく、コロイド濃度依存性についても我々の新しいモデルのほうが妥当であることを示唆しており、モデルの妥当性、および普遍性を考えるうえで重要な結果が得られた。研究が計画通り進んでいるといえる。今後も計画通り、計算機実験との比較や理論的な考察など行っていく予定である。

Strategy for Future Research Activity

今年度は、研究計画通りに研究が進んだ。そのため、今後もこれまでの計画通りに研究を進めていく。今後は特に、計算機実験の結果と実験結果との比較、およびより普遍性の高い理論の構築に力を入れて研究を行う。計算機実験でコロイドの濃度依存性について調べられないかについても検討していく。理論構築では、過去の理論と我々のモデルの齟齬を調べることから始める。具体的にはDLVO理論とGibbs-Donnan平衡との関係性を調べる。

Causes of Carryover

年度末に予定していた学会が新型コロナウイルスの影響で中止となり、旅費として予定していた予算が残ったため。

  • Research Products

    (26 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 9 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] NIST(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      NIST
  • [Journal Article] Interleaflet coupling of n-alkane incorporated bilayers2020

    • Author(s)
      Usuda Hatsuho、Hishida Mafumi、Kelley Elizabeth G.、Yamamura Yasuhisa、Nagao Michihiro、Saito Kazuya
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 22 Pages: 5418~5426

    • DOI

      10.1039/C9CP06059F

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Molecular dynamics study of a solvation motor in a Lennard-Jones solvent2019

    • Author(s)
      Tokunaga Ken、Akiyama Ryo
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 100 Pages: 062608

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.100.062608

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Confined Space Enables Spontaneous Liquid Separation by Molecular Size: Selective Absorption of Alkanes into a Polyolefin Cast Film2019

    • Author(s)
      Chiba Ayano、Oshima Akio、Akiyama Ryo
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 35 Pages: 17177~17184

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.9b02509

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reduced density profile of small particles near a large particle: Results of an integral equation theory with an accurate bridge function and a Monte Carlo simulation2019

    • Author(s)
      Nakamura Yuka、Arai Shota、Kinoshita Masahiro、Yoshimori Akira、Akiyama Ryo
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 151 Pages: 044506~044506

    • DOI

      10.1063/1.5100040

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 電解質水溶液中における球状シリカ粒子間の平衡距離のコロイド濃度依存性2020

    • Author(s)
      松原太一, 菱田真史, 山村泰久, 齋藤一弥
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
  • [Presentation] Asakura-Oosawa理論とその広がり2020

    • Author(s)
      秋山良
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
  • [Presentation] A soft mind in hard bodies2020

    • Author(s)
      秋山良
    • Organizer
      第6回凝縮系の理論化学
    • Invited
  • [Presentation] リン脂質膜物性の多角的評価:周囲の分子の影響の体系的理解にむけて2019

    • Author(s)
      菱田真史
    • Organizer
      第23 回コロイド・界面技術者フォーラム~ コロイド領域のイメージング・評価技術 ~
    • Invited
  • [Presentation] 疎水性分子添加によるイオン性界面活性剤膜の指組膜-二重膜相転移2019

    • Author(s)
      菱田真史、大久保友貴、田口俊、山村泰久、齋藤一弥
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [Presentation] Towards the systematic understanding of the effects of peripheral molecules on thermodynamic and structural properties of phospholipid bilayers: The effect of hydrophobic additives and hydration water2019

    • Author(s)
      Mafumi Hishida
    • Organizer
      The Seventy Fourth Calorimetry Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electrostatic double-layer force between anionic bilayers caused by heterogeneous distribution of added ions2019

    • Author(s)
      Mafumi Hishida
    • Organizer
      The Seventy Fourth Calorimetry Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Systematic understanding of the effects of peripheral molecules on the physical properties of phospholipid bilayers: Effects of hydrophobic molecules and hydration water2019

    • Author(s)
      Mafumi Hishida
    • Organizer
      OKINAWA COLLOIDS 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Involvement of hydration water on the phase transitions of lipids and surfactants2019

    • Author(s)
      Mafumi Hishida
    • Organizer
      The Seventh International Symposium on the New Frontiers of Thermal Studies of Materials
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 静電相互作用と表面エネルギーの競合によるイオン性界面活性剤/疎水性分子系での指組膜-二重膜相転移2019

    • Author(s)
      下川 直史,菱田 真史
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [Presentation] 脂質膜の相転移温度とダイナミクスに対する添加アルカンの影響2019

    • Author(s)
      臼田初穂,菱田真史,長尾道弘,Elizabeth G. Kelley, 山村泰久,齋藤一弥
    • Organizer
      第55回熱測定討論会
  • [Presentation] Colloid concentration dependence of coagulation of spherical colloidal particles2019

    • Author(s)
      Taichi Matsubara, Mafumi Hishida, Yasuhisa Yamamura, Kazuya Saito
    • Organizer
      OKINAWA COLLOIDS 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Contrasting change upon BSA denaturation of hydration numbers determined by THz spectroscopy and DSC2019

    • Author(s)
      Ayumi Kaneko, Mafumi Hishida, Yasuhisa Yamamura, Kazuya Saito
    • Organizer
      OKINAWA COLLOIDS 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Relation between hydration states and stacking structures of phospholipid bilayers indicated by their dependences on thermal history2019

    • Author(s)
      Takuma Nagayama, Mafumi Hishida, Yasuhisa Yamamura, Kazuya Saito.
    • Organizer
      OKINAWA COLLOIDS 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] リン脂質膜の構造緩和と周りの水の振る舞いについて2019

    • Author(s)
      長山 拓馬
    • Organizer
      非線形ソフトマター研究会 2019
  • [Presentation] タンパク質の変性と水:生卵からゆで卵になると中の水はどう変化するのか?2019

    • Author(s)
      金子 亜由美
    • Organizer
      非線形ソフトマター研究会 2019
  • [Presentation] DLVO 理論はどこまで正しいのか2019

    • Author(s)
      松原 太一
    • Organizer
      非線形ソフトマター研究会 2019
  • [Presentation] Statistical Mechanics Study of Separation of Inert Solvent Mixtures by a Porous Material2019

    • Author(s)
      Ryo Akiyama
    • Organizer
      The 2nd International Conference on Material Research and Innovation (ICMARI 2019)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Asakura-Oosawa theory: On the Origin of Excluded Volume Effects in a Crowding Media and the Progress2019

    • Author(s)
      Ryo Akiyama
    • Organizer
      the 5th International Conference on Molecular Simulation (ICMS2019),Lotte Hotel, Jeju,
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Separation of inert solvent mixtures accentuated by confined spaces2019

    • Author(s)
      Ayano Chiba, Akio Oshima, Kenzaburo Okubo, and Ryo Akiyama
    • Organizer
      6th Japan-Korea International Symposium on Material Science and Technology 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 菱田真史ホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/site/mafumihishida/home

URL: 

Published: 2021-01-27  

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