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ソフトマターの構造形成:形成過程と不安定化のダイナミクス

Research Project

Project/Area Number 13J09898
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field 生物物理・化学物理
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

荒井 俊人  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsコロイド / 相転移 / 結晶化 / 融解 / ガラス化 / ソフトマター / 非平衡物理 / 複雑流体
Outline of Annual Research Achievements

荷電コロイドは,長距離静電斥力により安定化されたWigner 結晶と呼ばれる秩序構造をとることがある.この結晶状態は,電荷により安定化された結晶構造であり,通常の剛体球系に比べはるかに低い体積分率で結晶が形成されるという特徴を持つ.このような荷電系は生体内で電荷を持った分子が多い点から,その秩序化を実験・理論的に検討することが重要であるのみならず,対イオンの濃度の自由度が相互作用の大きさに影響を与える点で物理学的にも興味深い系である.また,剛体球系ではHCP構造およびFCC構造が安定相として知られるが,荷電系ではこれに加え,BCC構造も低体積分率で安定に存在することが知られている.そのため,結晶化や融解過程へ新たな知見を与えることを目的とした。
本研究では,荷電コロイドを用いてその秩序化や結晶の融解過程を実験およびシミュレーションを用いることで調べた.まず,共焦点顕微鏡を用いてWigner結晶の形成過程を3次元的に調べることで,結晶化の際には結晶相の選択に液体中の中距離配向秩序が大きく影響を与えることを突き止めた.次に体積分率を変化させた場合にバルクの安定相が変化する相境界付近で結晶化が大きくスローダウンすることを見出し,その原因が各結晶形がフラストレートすることで生じていることが示唆された.また,このような系について静電相互作用を遮蔽することで,結晶から液体への相転移を引き起こし,融解のダイナミクスを3次元的に調べた.その結果,融解の核となる欠陥構造や臨界核の大きさなどを実験的に調べることに成功した.尚,このような荷電系を適切に扱うことのできるシミュレーション手法の確立も行った。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2015 2014 2013

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (9 results)

  • [Journal Article] Anomalous Drying Dynamics of a Polymer Solution on a Substrate2013

    • Author(s)
      S. Arai and M. Doi
    • Journal Title

      European Physical Journal E

      Volume: 36 Issue: 6 Pages: 63-68

    • DOI

      10.1140/epje/i2013-13063-6

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 荷電コロイド系における異なる結晶形の競合による遅い結晶化挙動2015

    • Author(s)
      荒井俊人,田中肇
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      東京都 早稲田大学 早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 荷電コロイド系の結晶化:壁面からの1軸的成長2014

    • Author(s)
      荒井俊人,田中肇
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      愛知県 中部大学 春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 荷電コロイド系の結晶化: 壁面からの不均一成長2014

    • Author(s)
      荒井俊人
    • Organizer
      第13回 関東ソフトマター研究会
    • Place of Presentation
      東京都 首都大学東京 南大沢キャンパス
    • Year and Date
      2014-08-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Melting Dynamics of Colloidal Wigner Crystals2014

    • Author(s)
      S. Arai, H. Tanaka
    • Organizer
      Workshop on Cross Correlation & Transport Phenomena in Soft Matter
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都新宿区)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 荷電コロイド系における長距離斥力による秩序構造形成2013

    • Author(s)
      荒井俊人, 田中肇
    • Organizer
      第12回関東ソフトマター研究会
    • Place of Presentation
      お茶の水女子大学(東京都 文京区)
    • Year and Date
      2013-08-24
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Primary Phenomenon in the Network Formation of Endothehalial Cells : Effect of Charge2013

    • Author(s)
      S. Arai, Y. T. Matsunaga, J. Suehiro, G. Tanaka, K. Aihara
    • Organizer
      The 3rd International Symposium on Innovative Mathematical Modeling
    • Place of Presentation
      東京大学 生産技術研究所(東京都 目黒区)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural Features of Colloidal Wigner Crystals : a Confocal Microscopy Study2013

    • Author(s)
      S. Arai, H. Tanaka
    • Organizer
      International Soft Matter Conference 2013
    • Place of Presentation
      the University La Sapienza (Rome, Italy)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 荷電コロイドを用いた液体・結晶構造の特徴2013

    • Author(s)
      荒井俊人, 田中肇
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      徳島大学 常三島キャンパス(徳島県 徳島市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 荷電コロイドを用いたWigner結晶の融解挙動2013

    • Author(s)
      荒井俊人, 田中肇
    • Organizer
      第3回 ソフトマター研究会
    • Place of Presentation
      首都大学東京 国際交流会館(東京都 八王子市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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