マランゴニ効果により駆動される液滴運動と変形

• 研究課題/領域番号: 24740256
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 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, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (20378532)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: アクティブマター / マランゴニ効果 / 自己駆動粒子 / 表面張力 / 液滴 / 反応拡散系 / 化学反応波 / 分岐 / 非平衡系 / 自己駆動液滴 / マランゴニ対流 / パターン形成 / 散逸構造 / 非線形非平衡物理学 / 界面張力 / 分岐解析 / 対流現象

研究成果の概要

生物のように、エネルギーを利用して運動するものはアクティブマターと呼ばれ、近年、研究が進んでいる。そのような運動に関する一般的な知見をえるため、物理的に解析のしやすい系に着目しそのメカニズムを議論した。具体的には、周囲の表面張力を下げながら自らが作り出した表面張力の勾配により運動する樟脳粒や、液滴内部で化学反応を起こし界面で張力勾配を作ることにより運動する化学反応液滴を用いた。それらの系の運動のメカニズムを提案し、特に形状と運動の関係性について議論した。その結果、物体の形状が運動に大きく影響することが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Physicochemical design and analysis of self-propelled objects that are characteristically sensitive to interfacial environments (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Nakata, M. Nagayama, H. Kitahata, N. J. Suematsu and T. Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 7 号: 16 ページ: 10326-10338
  • DOI: 10.1039/c5cp00541h
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Coupling between a chemical wave and motion in a Belousov-Zhabotinsky droplet (2015)
  • 著者名/発表者名: Shingo Miyazaki, Tatsunari Sakurai, and Hiroyuki Kitahata
  • 雑誌名: Current Physical Chemistry 巻: 未定
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantitative estimation of the parameters for self-motion driven by difference in surface tension (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko J. Suematsu, Tomohiro Sasaki, Satoshi Nakata, Hiroyuki Kitahata
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 30 号: 27 ページ: 8101-8108
  • DOI: 10.1021/la501628d
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Transient reciprocating motion of a self-propelled object controlled by a molecular layer of a N-stearoyl-p-nitroaniline: Dependence on the temperature of an aqueous phase (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Nakata, Tomoaki Ueda, Tatsuya Miyaji, Yui Matsuda, Yukiteru Katsumoto, Hiroyuki Kitahata, Takafumi Shimoaka, and Takeshi Hasegawa
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 118 号: 27 ページ: 14888-14893
  • DOI: 10.1021/jp501180h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical study on the translation and rotation of an elliptic camphor particle (2014)
  • 著者名/発表者名: Keita Iida, Hiroyuki Kitahata, Masaharu Nagayama
  • 雑誌名: physica D 巻: 272 ページ: 39-50
  • DOI: 10.1016/j.physd.2014.01.005
  • NAID: 120005457008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Delayed Response of Interfacial Tension in Propagating Chemical Waves of the Belousov-Zhabotinsky Reaction without Stirring (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryo Tanaka, Tomonori Nomoto, Taro Toyota, Hiroyuki Kitahata, Masanori Fujinami
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 117 号: 44 ページ: 13893-13898
  • DOI: 10.1021/jp4079458
  • 査読あり
• [雑誌論文] Motion with Memory of a Self-Propelled Object (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Nakata, Misato Hata, Yumihiko S. Ikura, Eric Heisler, Akinori Awazu, Hiroyuki Kitahata, Hiraku Nishimori
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 117 号: 46 ページ: 24490-24495
  • DOI: 10.1021/jp409172m
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical Wave Propagation Preserved on an Inhibitory Field in the Ruthenium-Catalyzed Belousov-Zhabotinsky Reaction (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Nakata, Takato Ezaki, Yumihiko S. Ikura, Hiroyuki Kitahata
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry A 巻: 117 号: 41 ページ: 10615-10618
  • DOI: 10.1021/jp408080y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of surfactant concentration on formation of high-aspect-ratio gold nanorods (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshiko Takenaka, Youhei Kawabata, Hiroyuki Kitahata, Masaru Yoshida, Yoko Matsuzawa, Takuya Ohzono
  • 雑誌名: Journal of Colloid and Interface Science 巻: 407 ページ: 265-272
  • DOI: 10.1016/j.jcis.2013.06.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spontaneous motion of an elliptic camphor particle (2013)
  • 著者名/発表者名: H.Kitahata, K.Iida and M,Nagayama
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 010901 号: 1 ページ: 87-87
  • DOI: 10.1103/physreve.87.010901
  • NAID: 120005228225
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rotational motion of a droplet induced by interfacial tension (2013)
  • 著者名/発表者名: Ken R Nagai, Fumi Takabatake, Yuataka Sumino, Hiroyuki Kitahata, Masatoshi Ichikawa, Natsuhiko Yoashinaga
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 87 号: 1 ページ: 13009-13009
  • DOI: 10.1103/physreve.87.013009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of the Self-Motion of a Ruthenium-Catalyzed Belousov-Zhabotinsky Droplet (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kitawaki, K. Shioiri, T. Sakurai, H. Kitahata
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 116 号: 51 ページ: 26805-26809
  • DOI: 10.1021/jp308813m
  • 査読あり
• [雑誌論文] taneous Motion of a Belousov-Zhabotinsky Reaction Droplet Coupled with a Spiral (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata, Natsuhiko Yoshinaga, Ken H. Nagai, Yutaka
  • 雑誌名: Chemistry Letters Special Issue for IACIS2012 巻: 10 号: 10 ページ: 1052-1054
  • DOI: 10.1246/cl.2012.1052
  • NAID: 10031120578
  • 査読あり
• [雑誌論文] Drift instability in the motion of a fluid droplet with a chemically reactive surface driven by Marangoni flow (2012)
  • 著者名/発表者名: Natsuhiko Yoshinaga, Ken H. Nagai, Yutaka Sumino, Hiroyuki Kitahata
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 86 号: 1 ページ: 16108-16108
  • DOI: 10.1103/physreve.86.016108
  • 査読あり
• [学会発表] Marangoni対流を考慮した実効的拡散係数 (2015)
  • 著者名/発表者名: 北畑裕之，義永那津人
  • 学会等名: 日本物理学会2015年年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Spontaneous Motion Driven by Surface Tension Gradient (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata
  • 学会等名: 3rd Japanese-German Workshop "Emerging Phenomena in Spatial Patterns"
  • 発表場所: Magdeburg, Germany
  • 年月日: 2014-09-12
• [学会発表] 学振動反応による界面張力勾配が駆動する液滴運動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 北畑裕之，宮﨑信吾
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Droplet motion coupled with pattern formation (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata
  • 学会等名: Gordon Research Conference: Oscillations and Dynamic Instabilities in Chemical Systems
  • 発表場所: Gerona, Spain
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-18
• [学会発表] Surface-tension-induced motion of an elliptic camphor particle (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata，Keita Iida，Masaharu Nagayama
  • 学会等名: XXXIIII Dynamics Days US
  • 発表場所: Georgia Tech, Atlanta, USA
• [学会発表] Spontaneous motion driven by surface tension gradient (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata
  • 学会等名: 18th Harz Seminar "Pattern Formation in Chemistry and Biophysics"
  • 発表場所: Hanenklee, Goslar, Germany
• [学会発表] Elliptic particle motion driven by surface tension gradient (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata
  • 学会等名: International Workshop on Spatiotemporal Pattern Formation in Biological and Active Matters
  • 発表場所: Ochanomizu University
  • 招待講演
• [学会発表] 回転する浮遊液滴のダイナミクス：単純な力学モデルを用いた解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 北畑裕之，田中類比，松本聡，西成活裕，渡辺正，長谷川浩司，金子暁子，阿部豊
  • 学会等名: 日本物理学会2014年年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
• [学会発表] Spontaneous Motion of a Droplet Driven by Interfacial Tension Gradient (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata
  • 学会等名: Joint US-Japan Workshop for Young Researchers on Interactions among Localized Patterns in Dissipative Systems
  • 発表場所: Institute for Mathematics and its Applications, Minneapolis, MN, USA
• [学会発表] Formation of a Multiscale Aggregate Structure through Spontaneous Blebbing of an Interface (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata, Yutaka Sumino, Yuya Shinohara, Norifumi L. Yamada, Hideki Seto
  • 学会等名: 27th Conference of European Colloid and Interface Society
  • 発表場所: Sofia Princess Hotel, Sofia, Bulgaria
• [学会発表] 界面張力勾配により駆動される楕円形樟脳粒の運動 (2013)
  • 著者名/発表者名: 北畑裕之，飯田渓太，長山雅晴
  • 学会等名: 第64回 コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
• [学会発表] 表面張力勾配により駆動される粒子の形状と運動の相関 (2013)
  • 著者名/発表者名: 北畑裕之，飯田渓太，長山雅晴
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
• [学会発表] Marangoni効果を介した化学反応と液滴運動のカップリング (2013)
  • 著者名/発表者名: 北畑裕之
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学, 広島県東広島市
• [学会発表] Droplet motion coupled with chemical reaction through the Marangoni effect (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Kitahata, N. Yoshinaga, K. H. Nagai, Y. Sumino
  • 学会等名: International Association of Colloid and Interface Scientists 2012
  • 発表場所: 仙台国際センター, 宮城県仙台市
• [学会発表] Motion of an elliptic camphor disk driven by surface tension (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Kitahata, K. Iida, M. Nagayama
  • 学会等名: Gordon Research Conference: Oscillations and Dynamic Instabilities in Chemical Systems
  • 発表場所: Colby College, Waterville, ME, USA
• [学会発表] Spontaneous motion of a droplet coupled with pattern formation (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Kitahata, N. Yoshinaga, K. H. Nagai, Y. Sumino
  • 学会等名: Dynamics Days Europe XXXII
  • 発表場所: Conference centre Wallenberg, Gothenburg, Sweden
• [学会発表] 表面張力勾配による楕円形樟脳粒の運動 (2012)
  • 著者名/発表者名: 北畑裕之，飯田溪太，長山雅晴
  • 学会等名: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学, 神奈川県横浜市
• [図書] "Dynamics of Droplets" in "Pattern Formations & Oscillatory Phenomena" (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kitahata，Natsuhiko Yoshinaga, Ken H. Nagai, Yutaka Sumino
  • 総ページ数: 34
  • 出版者: Elsevier
• [備考] 北畑裕之のページ
  • URL: http://cu.phys.s.chiba-u.ac.jp/~kitahata/
• [備考] 北畑裕之のページ
  • URL: http://cu.phys.s.chiba-u.ac.jp/~kitahata/
• [備考] 北畑裕之のページ
  • URL: http://cu.phys.s.chiba-u.ac.jp/~kitahata/