2019 Fiscal Year Research-status Report
多数粒子の並進・回転変位統計解析による混合媒質中のブラウン運動ダイナミクスの解明
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19K15510
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| Research Institution | Ariake National College of Technology |
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Principal Investigator |
古川 一輝 有明工業高等専門学校, 一般教育科, 助教 (10779961)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 溶液化学 / 混合溶液 / ゆらぎ / ブラウン運動 / クラスター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水とアルコールはマクロには混ざり合うが分子レベルでは不均一であり、マクロとミクロな描像にギャップが存在する。近年、エタノール水溶 液中の微粒子（直径１μｍ）の並進ブラウン運動から見積もられる粘性率がマクロな溶液の粘性率から逸脱することを明らかにされているが、 混合溶液内の異常なブラウン運動が溶液内の不均一性に起因するかは解明されていない。本研究の目的は、並進ブラウン運動と回転ブラウン運動の観測を行うことにより、エタノール水溶液で確認される異常なブラウン運動が溶液内の不均一性に起因するか現象であるかを明らかにすることである。
今年度は、研究計画に基づき、測定・解析システムの自動化を進めた。温度制御と解析プログラムを改良して、サンプル作製以外の実験操作と解析手法の自動化を行った。構築した測定・解析システムにより、純水中に懸濁させた直径１μｍのポリスチレン粒子のブラウン運動の動画の測定と解析を行うことで、水の粘性率を１％以内で決定することに成功した。さらに、tert-Butanol 水溶液中にポリスチレン粒子を懸濁させて、粒子のブラウン運動を解析することによって、アルコール濃度が低い領域では、マクロな粘性率から予測される変位よりも、ポリスチレン粒子の変位が大きくなることも確認できた。この結果は、メタノールやエタノールなどのアルコール水溶液でも確認できており、現在、tert-Butanol水溶液についての研究成果を論文として発表する準備を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
１年目は、装置の構築が完了次第、アルコール水溶液中に懸濁させた球状粒子の並進ブラウン運動について、(i)サイズ、(ii)温度、(iii)表面修飾状態のうち、（i）と（ii）について調査して、ブラウン運動粒子がマクロな粘性率から逸脱するメカニズムを検討して、その結果を研究成果として報告することを計画していた。しかしながら、研究代表者の所属研究機関の移動が生じたため、１年目に実験装置と解析プログラムの自動化を優先して行ったため、当初の計画に比べると遅れている状況である。しかしながら、２年目に計画していた楕円粒子の作製装置の構築を並行して行い、フィルム延伸装置の構築を完了することが出来た。このため、当初の計画より遅れが生じたものの、２年目の計画していた装置構築を行ったため、計画全体としては、やや遅れている状況にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、アルコール水溶液中に懸濁させた球状粒子の並進ブラウン運動について、(i)サイズ、(ii)温度、(iii)表面修飾状態のうち、（i）と（ii）について調査して、ブラウン運動粒子がマクロな粘性率から逸脱するメカニズムを検討して、その結果を研究成果として報告することを計画している。サンプル作製の操作のみ手動で行う必要はあるが、測定と解析については自動化に成功したため、測定と解析時間に楕円体粒子の作製を行うことが可能である。楕円粒子を作製するための、フィルム延伸装置の構築も完了しているため、２年目には、楕円体粒子の測定も可能であると考えているが、状況に応じて、(iii)表面修飾状態についての検討を行い、研究全体の実施計画が円滑に行えるよう工夫を行う。
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