Brownian motion dynamics in a mixed medium by translational / rotational displacement statistical analysis of particles

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15510
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Ariake National College of Technology
• Principal Investigator: Furukawa Kazuki 有明工業高等専門学校, 一般教育科, 講師 (10779961)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ブラウン運動 / 混合溶液 / 水素結合

Outline of Final Research Achievements

The Brownian motion of spherical particles with ~1 micron diameter suspended in a water-ethanol mix solutions shows strange behavior such that cannot be explained by viscosity of bulk liquid mixture. The Brownian motion of micro particles is a motion caused by molecular collisions in a mixed solution, indicating that water and ethanol solution has inhomogeneity in the scale of micron particles. In this work, the macroscopic and microscopic viscosities of a mixed solution of water and tert-butanol were investigated with a Ubbelohde viscometer and the Brownian motion of spherical particles, respectively. Furthermore, the rotational Brownian motion of ellipsoidal particles in a mixed solution of water and ethanol also shows behavior that could not be explained by the viscosity of the bulk solution.

Free Research Field

物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ブラウン運動は、物理・化学・生体内でも見られる普遍的な現象である。アルコール水溶液は、構成する粒子が水とアルコールの２種類であるシンプルな複雑系であるが、そのアルコール水溶液においてもブラウン運動に異常性が見られることは注目に値する。多くの現実系は混合系であり、混合溶液中の微粒子のブラウン運動のダイナミクスに関する実験的知見の構築は、生体内での移送過程のモデル化に貢献できる研究である。