マランゴニ効果を利用したアクティブマター系の構築と解析

• 研究課題/領域番号: 15K05199
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 数理物理・物性基礎
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 北畑 裕之 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (20378532)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: マランゴニ効果 / 表面張力 / 樟脳 / アクティブマター / 反応拡散系 / 分岐現象 / 力学系 / 自己駆動粒子 / 対称性 / 流体効果 / 反応拡散方程式

研究成果の概要

非平衡条件下で自由エネルギーを変換して運動を生み出す系としてアクティブマターの概念が提唱され、研究が盛んに進められている。本研究では物理化学系を用いたアクティブマターを用いて、系の対称性と運動方向の関係性を実験的、理論的に理解することを目指した。具体的には樟脳粒や液滴などを用いた自己駆動系において、実験系に即したモデルを構築し、そこから簡単な少変数の力学系に縮約することにより分岐理論に基づいた議論を行った。

研究成果

• [国際共同研究] ポーランド科学アカデミー(ポーランド)
• [国際共同研究] フリッツハーバー研究所(ドイツ)
• [国際共同研究] Polish Academy of Sciences(Poland)
• [国際共同研究] Fritz-Haber Institute(Germany)
• [国際共同研究] Fritz-Haber Institute(ドイツ)
• [国際共同研究] Polish Academy of Sciences(ポーランド)
• [雑誌論文] Characteristic responses of a 1,2-di-myristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine molecular layer to polymeric surfactants at an air/water interface (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Nakata, M. Nomura, Y. Seki, A. Deguchi, K. Fukuhara, M. Denda, N. Kumazawa
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces A 巻: 546 号: 9 ページ: 163-167
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b11903
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Distinguishing the dynamic fingerprints of two- and three-dimensional chemical waves in microbeads (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Kuze, H. Kitahata, O. Steinbock, S. Nakata
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry A 巻: 122 号: 8 ページ: 1967-1971
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.7b12210
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Reciprocating Motion of a Self-Propelled Rotor Induced by Forced Halt and Release Operations (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakata Satoshi、Kayahara Katsuhiko、Yamamoto Hiroya、Skrobanska Paulina、Gorecki Jerzy、Awazu Akinori、Nishimori Hiraku、Kitahata Hiroyuki
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 122 号: 6 ページ: 3482-3487
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b12089
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effective diffusion coefficient including the Marangoni effect (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata and Natsuhiko Yoshinaga
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 148 号: 13 ページ: 134906-134906
  • DOI: 10.1063/1.5021502
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Self-propelled motion of monodisperse underwater oil droplets formed by a microfluidic device (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoko Ueno, Taisuke Banno, Arisa Asami, Yuki Kazayama, Yuya Morimoto, Toshihisa Osaki, Shoji Takeuchi, Hiroyuki Kitahata, and *Taro Toyota
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 33 号: 22 ページ: 5393-5397
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b00092
  • 査読あり
• [雑誌論文] Achilles’ heel of a traveling pulse subject to a local external stimulus (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Nishi, S. Suzuki, K. Kayahara, M. Kuze, H. Kitahata, S. Nakata, Y. Nishiura
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 95 号: 6 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1103/physreve.95.062209
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unidirectional motion of a camphor disk on water forced by interactions between surface camphor concentration and dynamically changing boundaries (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Gorecki, H. Kitahata, N. J. Suematsu, Y. Koyano, P. Skrobanska, M. Gryciuk, M. Malecki, T. Tanabe, H. Yamamoto, S. Nakata
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 19 号: 28 ページ: 18767-18772
  • DOI: 10.1039/c7cp03252h
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Relationship between the size of a camphor-driven rotor and its angular velocity (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Koyano, Marian Gryciuk, Paulina Skrobanska, Maciej Malecki, Yutaka Sumino, Hiroyuki Kitahata, and Jerzy Gorecki
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 96 号: 1 ページ: 012609-012609
  • DOI: 10.1103/physreve.96.012609
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrodynamic Effects in Oscillatory Active Nematics (2017)
  • 著者名/発表者名: Mikhailov Alexander S.、Koyano Yuki、Kitahata Hiroyuki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 号: 10 ページ: 101013-101013
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.101013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Interaction of non-radially symmetric camphor particles, (2017)
  • 著者名/発表者名: Shin-Ichiro Ei, Hiroyuki Kitahata, Yuki Koyano, Masaharu Nagayama
  • 雑誌名: Physica D 巻: 366 ページ: 10-26
  • DOI: 10.1016/j.physd.2017.11.004
  • NAID: 120006769933
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Relaxation dynamics of the Marangoni convection roll structureinduced by camphor concentration gradient (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Kitahata, H. Yamamoto, M. Hata, Y. S. Ikura, S. Nakata
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces A 巻: 520 ページ: 436-441
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2017.01.048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oscillatory motion of a camphor grain in a one-dimensional finite region (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Koyano, Tatsunari Sakurai, Hiroyuki Kitahata
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 94 号: 4 ページ: 042215-042215
  • DOI: 10.1103/physreve.94.042215
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hydrodynamic collective effects of active proteins in biological membranes (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Koyano, Hiroyuki Kitahata, *Alexander S. Mikhailov
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 94 号: 2
  • DOI: 10.1103/physreve.94.022416
  • NAID: 130006245705
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Selection of the Rotation Direction for a Camphor Disk Resulting from Chiral Asymmetry of a Water Chamber (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Nakata, Hiroya Yamamoto, Yuki Koyano, Osamu Yamanaka, Yutaka Sumino, Nobuhiko J. Suematsu, Hiroyuki Kitahata, Paulina Skrobanska, Jerzy Gorecki
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 巻: 120 号: 34 ページ: 9166-9172
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.6b05427
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deformable self-propelled micro-object comprising underwater oil droplets (2016)
  • 著者名/発表者名: Taisuke Banno, Arisa Asami, Naoko Ueno, Hiroyuki Kitahata, Yuki Koyano, Kouichi Asakura, Taro Toyota
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep31292
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Acceleration or deeleration of self-motion by the Marangoni effect (2016)
  • 著者名/発表者名: Yui Matsuda, Nobuhiko J. Suematsu, Hiroyuki Kitahata, Yumihiko S.Ikura, Satoshi Nakata
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 654 ページ: 92-96
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2016.05.008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanism of Spontaneous Blebbing Motion of an Oil-Water Interface: Elastic Stress Generated by a Lamellar-Lamellar Transition (2016)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Sumino, Norifumi L. Yamada, Michihiro Nagao, Takuya Honda, Hiroyuki Kitahata, Yuri B. Melnichenko, Hideki Seto
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 32 号: 12 ページ: 2891-2899
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b00107
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mathematical model for self-propelled droplets driven by interfacial tension (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken H. Nagai, Kunihito Tachibana, Yuta Tobe, Masaki Kazama, Hiroyuki Kitahata, Seiro Omata, Masaharu
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 144 号: 11 ページ: 114707-114707
  • DOI: 10.1063/1.4943582
  • NAID: 120005981396
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental and theoretical approach for the clustering of globally coupled density oscillators based on phase response (2016)
  • 著者名/発表者名: Masanobu Horie, Tatsunari Sakurai, Hiroyuki Kitahata
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 93 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreve.93.012212
  • 査読あり
• [学会発表] 界面活性剤の輸送に伴う振動的対流現象 (2017)
  • 著者名/発表者名: 北畑裕之，小谷野由紀，南齋勉，井川学
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Hydrodynamic coupling between active matters and pattern formation (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata
  • 学会等名: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hydrodynamic collective effects of active proteins in biological membranes (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata, Yuki Koyano, and Alexander S. Mikhailov
  • 学会等名: International Workshop on Hydrodynamic Flows in/of Cells
  • 発表場所: 首都大学東京（東京都・八王子市）
  • 年月日: 2016-11-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Droplet motion coupled with pattern formation inside it (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata
  • 学会等名: Interdisciplinary applications of nonlinear science
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島県・鹿児島市）
  • 年月日: 2016-11-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spontaneous motion driven by interfacial tension gradient (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata
  • 学会等名: Current and Future Perspectives in Active Matter
  • 発表場所: 東京大学（東京都・文京区）
  • 年月日: 2016-10-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spontaneous motion driven by surface tension gradient (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata
  • 学会等名: International conference Patterns and Waves 2016
  • 発表場所: 北海道大学（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-08-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spontaneous recurrence of deposition and dissolution of a solid layer on a solution surface (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata, Tomohiro Sasaki, Nobuhiko J. Suematsu, Tatsunari Sakurai
  • 学会等名: Gordon Research Conference: Oscillations and Dynamic Instabilities in Chemical Systems
  • 発表場所: Stowe（アメリカ合衆国）
  • 年月日: 2016-07-17
  • 国際学会
• [学会発表] 自己駆動粒子の形状に依存した運動：質点の結合系としてのモデリング (2016)
  • 著者名/発表者名: 北畑裕之, 小谷野由紀, 住野豊
  • 学会等名: 日本物理学会第７１回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（宮城県、仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Motion of a Belousov-Zhabotinsky reaction droplet coupled with pattern formation (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Hawaii convention center, Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Spontaneous motion of an elliptic particles induced by surface tension gradient (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata, Keita Iida, Masaharu Nagayama
  • 学会等名: XXXV Dynamics Days Europe 2015
  • 発表場所: University of Exeter, Exter, UK
  • 年月日: 2015-09-06
  • 国際学会
• [備考] 北畑裕之のページ
  • URL: http://nonlinear.s.chiba-u.jp/~kitahata/