2015 Fiscal Year Research-status Report
ソフトマテリアルの異方的形態変化：モデル化と数値シミュレーション
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26390138
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| Research Institution | Ibaraki National College of Technology |
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Principal Investigator |
鯉渕 弘資 茨城工業高等専門学校, 機械システム工学科, 教授 (00178196)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | Finsler幾何モデル / 異方的形態変化 / ソフトマテリアル / Liquid Crystal Elatomer / Soft Elasticity / 表面張力 / Monte Carlo / 2成分脂質分子膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
この研究は，Finsler幾何学に基礎を置く「Finsler geometry(FG)モデル」によって，ソフトマテリアルに起こる異方的な形態変化のメカニズムを明らかにすることを目的としている。具体的には，(1)外力による形態変化が分子の配向性に与える影響に関する研究，(2)2成分脂質分子膜の形態変化，(3)3次元物質Liquid Crystal Elastomer (LCE)の形態変化, を計画の柱とした。
(1)の研究計画に関する結果：この研究で提唱しているオリジナルなFinsler幾何モデル(FGモデル)の検証には，2次元膜の表面張力，3次元の引張り応力，等の精密な計算が必要になるため，初めに膜モデルの表面張力に関する研究を通常のモデルで実行した。更に，同じ方法をFGモデルに適用して，外力を与えて膜を引き伸ばしたときにその方向に分子の向きがそろうことを見出した。
(2)の研究計画に関する結果：2成分分子膜に現れる「液体秩序相:Lo」と「液体無秩序相:Ld」に対応する内部自由度をFGモデルに導入することで， LoとLdの相分離やその相分離に伴う異方的な形態変化が確認され，実験結果とよく傾向が一致していることが確かめられた。この形態変化は，相境界に働く「線張力」が原因とされているが，その線張力の起源もFGモデルで説明できる。これらの結果は現在論文準備中である。
(3)の研究計画に関する結果：3次元物質Liquid Crystal Elastomerの特徴的な性質として，外力に対する応答を表わした「応力ひずみ曲線」が示す「Soft Elasticity」と，低温で示す異方的な変形能「Elongation」を，FGモデルによって研究した。Monte Carlo計算の結果は，実験的に知られている結果とよく傾向が一致した。これら結果は，あるjournalに投稿中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
既に述べたように，本研究で計画した3つの研究
(1)外力による形態変化が分子の配向性に与える影響に関する研究，(2)2成分脂質分子膜の形態変化，(3)3次元物質Liquid Crystal Elastomer (LCE)の形態変化，に関連した研究においてほぼ予想通りの結果が得られた。従って，(1)の関連論文は既に出版されたので，今後(2)と(3)の論文出版が完了すれば研究計画は終了となる。これらの論文発表までにはあと1年はかかるので，おおむね順調とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究を進める中で，Finsler幾何学的なモデルが，これまでよく理解されていないいくつかの現象に適用可能なことが分かってきた。そこで，当初の計画には必ずしも入っていなかった新しい研究課題について述べたい。その一つは，動物の皮膚などの柔らかい物資の応力ひずみ曲線が「J曲線」という特徴的な変化をすることである。「J曲線」はひずみが小さいときに応力がほぼゼロになることを意味している。この理由は，ポリマーの存在によるとされていて，実験的にはよく研究されているものの，モデルによる研究はほとんどない。しかしながら，筆者らのモデルを用いればこのJ曲線は，3次元LCEの応力ひずみ曲線を計算した方法の2次元版で計算できる。そのモデルは「研究実績の概要」または「現在までの進捗状況」で述べた計画(1)に用いたモデルと同じである。更に，膜の表面張力に関する研究も進めている。これらの研究も，その一部を本研究課題の中で実施したいと考えている。
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| Causes of Carryover |
当初，海外出張旅費を計上していたが，所属機関からその旅費を充当できたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
H28年度は海外出張を3回計画しているためその旅費にあてる。
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