2022 Fiscal Year Research-status Report
Study of unique structures and their formation processes formed by patchy particles-effects of anisotropies of interaction and particles shape
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20K03782
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
佐藤 正英 金沢大学, 学術メディア創成センター, 教授 (20306533)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 良尚 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (60325248)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | コロイド粒子 / パッチ粒子 / 素過程 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パッチ粒子は，パッチ由来の異方的相互作用により特異な構造を形成し，フォトニック結晶などの素材として期待されている。本研究では，将来の材料として活用するための巨大良質結晶の作成を目指し，パッチによる相互作用の異方性と粒子の非球形に由来する異方性の効果を，シミュレーションと実験により明らかにすることを目的とする。
本年度は，シミュレーションにおいては，1)壁面上でのパッチ粒子の２次元的秩序過程の形成と関連して，３次元空間内に分布する粒径が違う２種類の粒子が，壁面上に形成する秩序構造について調べた。パッチ粒子のポテンシャルとしてよく使われるKern-Frenkel型のポテンシャルにおいては，距離依存性が井戸型ポテンシャルとなっている。この井戸型ポテンシャルの相互作用を調べるのを目的として，実験でも良く調べられており，なおかつパッチ粒子よりも簡単な相互作用で記述される粒径の違う２種類のコロイド粒子が作る合金構造を念頭において調べたものである。その結果，井戸型ポテンシャルでは実験を良くは記述できないことがわかった。パッチ粒子においても動径方向の依存性を再度検討しないと実験との比較が難しい可能性が分かった。
また，(2) 2つの異なるサイズのパッチを持つパッチ粒子が作る２次元秩序構造についても調べた。特に異なるパッチ間では引力が働かないとしてシミュレーションを行った。パッチのサイズ及び引力の強さを変えてどのような構造ができるか調べることで，１２回転準結晶構造ができることが分かった。
(3)実験においては，パッチ粒子の結晶化の素過程を調べる前段階として，枯渇引力を引力起源とする等方的なコロイド粒子の結晶化の素過程を調べた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の予定では，シミュレーションにおいてはブラウニアン動力学を用いて結晶化の素過程を調べ，実験でもパッチ粒子の結晶化のの素過程を観察することを計画していた。しかし，コロナ禍の影響で，シミュレーションや実験に十分に時間が取れない状況が１年目にあり，その影響が最終年度まで響いている。
また，本来最終年度に予定されていたICCG20が一年延期されたこともあり，予算の活用方法も再度検討する必要が出た。そのため，研究期間を一年延長して研究を推進したいと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究でシミュレーションにおいては，Kern-Frenkel型のポテンシャルのような井戸型ポテンシャルを模したポテンシャルでは，動的な性質を十分に理解できないことが分かったので，その部分を改善してシミュレーションを行う。
また，実験においては，パッチ粒子の作製に時間を要していているが，枯渇引力系での動的過程については十分に観察できているので，パッチ粒子についても観察できると期待している。
上記のような段階なので，研究期間を一年延長して研究を推進したい。
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| Causes of Carryover |
この課題の申請時に予定していた国際会議ICCG20が一年延期になり，2023年度の夏になったたために，残余額が大きくなった。この残額についてはICCG20もしくは他の国際会議の参加を第一候補として使用する予定である。また，もし国際会議等に行けない場合には計算環境の改善に利用する。
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