| 研究課題/領域番号 |
21K03379
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13010:数理物理および物性基礎関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
勝野 弘康 北海道大学, 低温科学研究所, 博士研究員 (70377927)
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| 研究分担者 |
上羽 牧夫 愛知工業大学, 工学部, 教授 (30183213)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 相転換 / 温度変調 / 微小クラスタ反応 / ヴィエドマ熟成 / 非線形過程 / 結晶成長 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では, 周期的な温度変化による結晶多形制御の可能性を理論的に追求する.
通常の結晶育成法では, 準安定相結晶を生成できても, 安定相結晶が生成されたとたんに準安定相結晶は消失する. そこで, 周期的な温度変化を与えた溶液成長を想定して, 安定相結晶を準安定相結晶へと変換する過程を追及する. 相転換に有利な温度などのパラメータを特定することで実験の実現可能性についても検討する.
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| 研究実績の概要 |
過飽和溶液を温度一定に保つと結晶が析出し，最終的には平衡状態が実現する．昨年までに，溶液に安定相結晶と準安定相結晶を入れてさらに温度を昇降させた場合の結晶成長模型を構築することができたので，本年度は安定相結晶が準安定相結晶へと転換する機構を詳細に検討した．高温時には結晶が溶解するが，結晶量が豊富にあれば，豊富なクラスタが生成されるため，結晶に対して過飽和なクラスタ分布を形成する．このとき，高温であってもクラスタによる結晶の成長が起こり，結果として溶解速度が小さくなる．系内に多量の準安定相結晶と少量の安定相結晶が存在すると，準安定相結晶が溶けにくくなるため，結晶量に差が生まれる．低温にすると，結晶は成長するので，分子やクラスタの過飽和な状態が緩和される．この過程を繰り返すことで安定相から準安定相への転換が進む．この機構による転換では，溶解度差が大きくなると，準安定相が生き残にために必要な初期結晶量差も大きくなる．質量空間上での系の振る舞いを調べピッチフォーク型の分岐に相当することを見出した．またこの結果を用いて，初期結晶量差と溶解度差をパラメータとした相転換相図を作成した．
また，最近，温度昇降と結晶粉砕を同時に適用した相転換の実験が報告されている．この実験系はカイラル分子を持つので，本研究で進めている単一分子系の結果をそのまま当てはめてよいか疑問が残る．そこで，実験系に合わせて，カイラル分子，安定ラセミ結晶，準安定カイラル結晶に加えてそれぞれの結晶に対応するクラスタを考えた8成分の反応模型を考案し，報告された実験結果を概ね再現できるに至っている．
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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
当初計画通り，初年度に構築した模型を調べることで，相転換現象の詳細な機構を解明することができた．成長速度の観点からこの現象を見ることで，クラスタの役割が明確にでき，過渡現象をうまく使った現象であることを指摘できた．また新たに報告された相転換の実験についても検討することができた．
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| 今後の研究の推進方策 |
温度昇降時の成長速度を使ったオストワルド熟成のような非常にゆっくりとした現象の加速に関する研究を進める．その検証のために，これまで用いた模型を使って単一相結晶成長時の温度昇降を検討し，恒温保持の成長との違いを検証する．
また，最近報告された相転換実験の理論的検証も行っていきたい．これまでに模型の構築や実験に対応するパラメータの決定は行えたので，結晶相転換の詳細な機構が，これまでのクラスタ反応仮説に対応するのか，それとも全く別の説が必要なのかを検証する．
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