研究課題/領域番号 |
19K03759
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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研究機関 | 北海道大学 |
研究代表者 |
野嵜 龍介 北海道大学, 理学研究院, 教授 (00180729)
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研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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キーワード | ガラス転移 / 過冷却液体 / α緩和過程 / 広帯域誘電分光 / 複雑液体物理学 / アフファ緩和過程 |
研究開始時の研究の概要 |
液体が結晶化せずに固化するガラス転移現象は、ほとんどすべての物質に普遍的にみられる現象であるが、その分子論的メカニズムは未解明であり、物性物理学における最重要課題の一つになっている。一般的な解釈は「液体の分子運動のスローイングダウン」である。この場合、分子運動の速さに対応する誘電α過程(構造緩和)の緩和周波数の温度依存性は、ガラス転移に伴う緩和効果を取り除いた測定を行えば、高温から低温ガラス転移温度付近まで単調な関数で表すことができる。しかし、関数形に変化があれば、低温における遅い分子運動を伴う物質の状態が高温の液体・過冷却液体状態と異なり、ガラスは新しい状態として定義できる可能性がある。
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研究実績の概要 |
昨年度までに、α緩和過程の観測がいくつかの異なる物質で安定して行えるようになったので、今年度はよりガラス転移温度に近い温度領域における超低周波領域の緩和時間の再現性について詳しく検討した。 (1)ソルビトール 炭素数Nc=6のソルビトールは(ガラス転移温度~265K)、研究代表者をはじめ世界的に多くの研究者により過冷却・ガラス転移の研究において標準物質の一つとして用いられ、その分子ダイナミクスは様々な角度から研究されている。しかし、本研究のような超低周波数領域におけるα緩和の振る舞いについて注目して研究は大変数少ない。その原因は、ガラス転移現象がかかえる強い緩和効果(熱履歴)である。理想的にはできるだけゆっくりと冷却して実験を行うことが望ましいが、PVAcのようなアモルファス高分子と異なり、遅い冷却は結晶化を招いてしまう恐れがある。今年度は、異なる冷却速度で測定温度まで冷却した場合のα緩和周波数の違いについて詳細に検討した。その結果、270K以上の温度領域ではα緩和周波数は冷却速度に依存しないことが分かった。一方、それ以下の温度領域では、冷却測だが遅いほど、測定されるα緩和周波数は低くなることが確認された。この傾向は、熱履歴に関してはほぼ理想的であったと思われるPVAcによる実験結果と定性的に一致し、ガラス形成物質に普遍的な現象であると強く推測される。 (2)キシリトール、グリセロール Nc=5のキシリトールとNc=3のグリセロールのガラス転移温度が低く、測定温度範囲ではα緩和周波数の熱履歴依存性は認められなかった。また、キシリトールは遅い冷却の際の結晶化の発生頻度が大きいことも分かった。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ソルビトール、キシリトール、グリセロールによる誘電α緩和過程の熱履歴依存性を検討するための実験は、おおむね目的を達成していると考えている。それぞれの低温側実験到達温度は同じであるが、ガラス転移温度が大きく異なるため、ガラス転移温度領域における詳細な熱履歴依存性が解明されつつあるのはソルビトールのみであるが、予定されていた実験温度範囲より低温側の実験が行えたので、より詳細な議論が可能になった。
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今後の研究の推進方策 |
研究計画に内容的な大きな変更は予定していない。 熱履歴を考慮した実験の遂行が安定してきたので、今後はソルビトールに重点を置いて研究期間内にα緩和周波数の温度依存性の詳細を調べ、ガラス転移温度領域の分子運動の特異性の有無を考察する。結晶化しやすいことが判明したキシリトールに関しては、研究機関に余裕がある場合のみ追加実験を試みる予定である。
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