| 研究課題/領域番号 |
10J06017
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 研究分野 |
数理物理・物性基礎(実験)
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
江端 宏之 東京大学, 大学院・理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2010 – 2012
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| 研究課題ステータス |
完了 (2012年度)
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| 配分額 *注記 |
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2012年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
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| キーワード | 濃厚懸濁液 / パターン形成 / 自己駆動粒子 / 濡れた粉体 / 複雑流体 / 界面の不安定性 |
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| 研究概要 |
我々は垂直加振下のポテトスターチ懸濁液界面において、分裂する穴を発見した。さらに、我々はポテトスターチをふるいにかけ、同一の物質からなる粒径分布のみが異なる粉体を何種類も用意した。これらの粉体を使い実験した結果、粒径の小さい粉体からなる懸濁液では安定な穴が現れ、粒径の大きな粉体からなる懸濁液では分裂する穴が現れることを発見した。さらに、分散媒の表面張力を小さくすることでも、安定な穴から分裂する穴へと分岐することが分かった。このことから、粉体粒子間に働く毛管力が穴の形状を安定化させているという事が示唆されている。また、安定な穴から分裂する穴へ分岐するとき、穴が間欠的に大きく変形する事が分かった。このような穴の変形と重心運動について説明するために、我々は反応拡散系でのspot解に対して提唱されている変形と重心運動についてのモデル方程式を使った。その結果、間欠的な大きな変形や分裂が起こる時間間隔などの穴の基本的なダイナミクスを説明できることを示した。
次に私は自発的に動く粒子、特に形状が変形をすることで動くことが出来る粒子に着目をした。私は水よりも重く粘性の高いシリコンオイル上に水滴を乗せ垂直加振することで、液滴が変形をしながら自発的に運動することを発見した。これは加振により水滴と空気の気液界面のみ共振を起こし、水滴上に局在したファラデー波が起こる事で駆動されることが分かった。ファラデー波により液滴の形状が変形するという報告はあるが、ファラデー波により自発運動をする液滴は初めての報告である。液滴の運動は液滴の形状の対称性に合わせて、直線運動・公転運動・自転運動・ジグザグ運動など様々なものが現れた。また、液滴の表面張力が運動に大きく影響することが分かった。さらに、加振強度を変えることで静止状態から公転運動への分岐や、直線運動から公転運動への分岐が起こることが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
反応拡散系で使われているモデルを応用することで、濃厚懸濁液における穴の振る舞いを説明できることを示した。これは全く異なる系である垂直加振された懸濁液と反応拡散系での局在パターンが同じ枠組みで理解できる可能性を示唆している。
また、変形しながら自発運動する粒子の新たな実験系を発見した。このような化学反応や物質の拡散を伴わない実験系は未だほとんど報告されていない。
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