| 研究課題/領域番号 |
20H01878
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 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 | 同志社大学 |
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研究代表者 |
山本 大吾 同志社大学, 理工学部, 准教授 (90631911)
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| 研究分担者 |
塩井 章久 同志社大学, 理工学部, 教授 (00154162)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2023年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
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| キーワード | 集団運動 / 触媒粒子 / エネルギー変換 / アクティブマター / 有機燃料 / 非平衡現象 / 触媒 / マイクロモーター / collective motion / micromotor / catalyst / 化学反応 / 自己組織化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
集団挙動の発現のために系が備えるべき物理化学的因子および普遍的特徴を理解することを目的として、本研究課題では以下の4つのステップに分けて研究を進める。
(1)様々な操作条件が粒子の集団運動に与える影響に関する実験的検討
(2)制限環境や他の反応系を組み合わせた高度な自己集団運動システムの構築
(3)人工系での集団運動を利用したマクロな仕事への新規エネルギー変換技術の創成
(4)集団運動発現のメカニズム解明に向けた理論的検討
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| 研究成果の概要 |
本研究室では、これまでに、生物よりも単純な構造を有する単成分のPt触媒粒子が、エタノールやアセトアルデヒドなどの有機燃料を含む水溶液中において、粒子形状に依存した指向的な運動（並進、自転、公転運動）を行うことを見出している。本研究課題では、このPt粒子を対象に、粒子個数濃度が高い条件下でPt粒子の集団運動を観察した。その結果、有機燃料の種類・濃度によってPt粒子の集団運動のパターンが変化することを見出した。さらに、Pt粒子の集団運動を利用して歯車状粒子の自転仕事を取り出し、そのエネルギー変換効率を概算した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
エタノールなどの有機燃料を含む水溶液中においてPt触媒粒子が集団運動を行なうことを確認し、さらに歯車状粒子の自転仕事を取り出すことができた。これより、生物系にみられる集団運動による仕事の取り出しの挙動を人工的な化学システムにより再現することができたといえる。また、Pt触媒粒子の集団運動におけるエネルギー変換効率を概算したが、生体システムと比較すると著しく小さな値であったが、本研究によって、非生物の微小アクティブマターから仕事を取り出すことを実験的に示せたことから、生物系でのモデルの一例となることが期待できる。
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