2021 Fiscal Year Research-status Report

動的な臨界擬カシミア力によるソフトマターにおける構造形成の理論的研究

Research Project

Project/Area Number	21K03488
Research Institution	Japan Atomic Energy Agency
Principal Investigator	藪中俊介国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所先端基礎研究センター, 任期付研究員 (60749852)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	臨界現象 / 浸透流 / 毛管流 / 二元混合系 / 流体力学 / 非平衡クロス効果
Outline of Annual Research Achievements	本年度は、壁面の吸着の効果を取り入れた場合の細管中の２元混合系の組成、圧力差の下での浸透流の計算を行なった。主要な結果としては、組成勾配によって体積流が引き起こされる、いわゆるdiffusioosmosisが起こることを示した。組成勾配と体積流は、エントロピー生成の中での共役な力と流束のペアではなく、この現象はいわゆる非平衡でのクロス効果のうちの一つである。同様に圧力差によって、二成分の相対的な流れ（組成流）も生じる。さらにオンサーガーの相反関係の一般論から期待されるようにこれら二つの現象は、同じ輸送係数によって特徴付けられる。我々の結果によれば組成あるいは、圧力の勾配を固定し温度を変化させた場合、流量は臨界点近くで大きく変化しこのような変化は実験的に測定可能だと考えている。Diffusioosmosisに関しては、これまで様々な研究があるものの、壁と溶液のミクロな相互作用により引き起こされるものが主であり、溶液の中での複雑な相互作用を理論的に考察したもの、特に臨界点付近の２元混合系に関する研究はない。この意味で我々の結果は、Diffusiophoresisの議論に新しい展開を生んだと言える。この結果は、2022年4月にPhysics of Fluidsに掲載決定している。また数値計算により２元混合系中のコロイド多体系の凝集に関する計算も行い、凝集過程における結晶的構造の変化の時間発展を研究した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度は、予定していた擬カシミア効果の研究ではなく、毛管流の研究を主に行った。毛管流の現象も壁面での吸着、２元混合系の臨界点付近の性質が非常に大きな役割を果たすという意味では関連性がある。また、非平衡クロス効果としての性質も明らかにし、Diffusiophoresisの理論としての新規性がある結果となったことから、本年度の研究は、おおむね順調に進展している、と判断する。
Strategy for Future Research Activity	毛管流については、温度勾配の取扱いに関するアイデアを得つつあり、今後は温度差を取り込んだ拡張を行う。さらに、擬カシミア効果に関わる諸問題についても温度勾配を取り込んだ形で研究していくことを考えている。
Causes of Carryover	新型コロナウイルス感染症の感染拡大の影響を受けて、当初計画通りに出張することが難しかったことから、当初計画よりも出張に係る費用の支出額が少なかったため、次年度使用額が生じることとなった。次年度使用額は、次年度分研究費と合わせて、延期になった出張に係る費用として使用する。