界面の統計力学

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01540301
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 川崎 恭治 九州大学, 理学部, 教授 (40037164)
• 研究分担者: 川勝 年洋 九州大学, 理学部, 助手 (20214596) ; 長井 達三 九州共立大学, 工学部, 教授 (60069325)
• キーワード: パタ-ン形成 / 複雑液体 / 相転移 / 界面 / トポロジカルな欠陥 / 相分離 / 計算機実験 / 統計力学理論

研究概要

1.セル・パタ-ンの動力学
2次元ランダム・セル構造(生物細胞組織、結晶粒組織、磁区構造、洗剤の気泡構造、エマルジョン等)の形態形成・成長および力学的性質をバ-テックス・モデルを用いた計算機シミュレ-ションにより調べた。
(a)2次元セル構造の力学的性質
バ-テックス・モデルを用いてセル構造の弾性および塑性を調べた。その結果、この系の応力ー歪曲線は普通の固体のそれと同じ形を示し、塑性はセルパタ-ンのトポロジ-変化にに起因することが分かった。
(b)2次元泡のレオロジ-
2次元セル構造を持つ泡のレオロジ-をバ-テックスモデルにより調べた。泡の成長の場合はエネルギ-の散逸機構が気体の拡散であるのに対して、この場合は、膜内流体の粘性流である。一様なshear flowの下で、シミュレ-ションを行った結果、この系は非ニュ-トン的な塑性流動を示すこと、即ち、有限の降伏応力を持ち、shear stressは非線形の歪速度依存性を示すこと、が判った。
2.界面活性剤を含む系の相分離の動力学
界面活性剤分子を含む2相分離系の動力学を調べるためのモデルとして提案されたハイブリッド・モデルの結果について、モンテ・カルロ法および分子動力学法を用いたシミュレ-ションによりミクロな検討を行った。これらのシミュレ-ションから、ハイブリッド・モデルの予想する界面活性剤分子の相分離初期における相分離の加速効果(両親媒性)および減速効果(排除体積)が実際に確認された。

研究成果

• [文献書誌] T.Kawakatsu: "Dynamics of Ordering Processes in Immiscible Binary Mixtures with a Surfactant.I.Computer Experiments." J.Colloid Interface Sci.145. 413-419 (1991)
• [文献書誌] T.Kawakatsu: "Dynamics of Ordering Processes in Immiscible Binary Mixtures with a Surfactant.II.Analytical Treatment." J.Colloid Interface Sci.145. 420-432 (1991)
• [文献書誌] P.Brozzo(ed.),T.Nagai: "Computer simulation of Cellular Pattern Growth" Proceedings of the International Conference on Grain Growth in Polxcrystalline Materials.
• [文献書誌] K.Kawasaki et al.(ed.),S.Ohta: "Dynamics of Random Cellular Structures in Three Dimensions" Slow Dynamics in Condensed Matter(AIP publishers).
• [文献書誌] K.Kawasaki et al.(ed.),T.Okuzono: "Rheological Properties of Foams:Computer Simulation of Vertex Model for TwoーDimensional Rondom Cellular Structures." Slow Dynamics in Condensed Matter(AIP publishers).
• [文献書誌] G.Gyorgi et al.(ed.),T.Kawakatsu: "Phase Transitions in Binary Systems in the Presence of Amphiphilic Molecules" From Phase Transitions to Chaos(World Soientific).