| 研究課題/領域番号 |
15K05199
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
北畑 裕之 千葉大学, 大学院理学研究科, 准教授 (20378532)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | マランゴニ効果 / 表面張力 / 樟脳 / アクティブマター / 分岐現象 / 対称性 / 自己駆動粒子 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、非平衡条件下で自発的に運動するアクティブマターに関して、対称性の観点から、一般的な理論の枠組みを構築することを目的とした。それを達成するために実験モデルを作成し、数値計算を交えて研究を進める計画である。具体的には、界面活性を持つ樟脳粒を水に浮かべた系を題材として研究を進めている。28年度においては、27年度に行った研究の発展として以下にあげる成果が得られた。
(1)27年度に引き続き、樟脳粒を水面に固定した際に発生するマランゴニ対流の構造および、その際の水面の変形に関する研究を行った。具体的には、対流及び水面変形を実験的に観測し、数値計算を行うとともに、理論的にオーダーの評価を行った。その結果、我々が考察した、マランゴニ対流による水面近くでの強い流れによりマイクロメートルオーダーの水面の変形が起こることを明らかにした。本成果は論文に国際論文誌に採択された。
(2)境界の形状や粒子の形状がもつ対称性がアクティブマターの運動に与える影響に関して、樟脳粒の運動を題材として議論を進めた。具体的には、一次元の有限サイズの領域に閉じ込めた樟脳粒の静止状態から往復運動への分岐について、偏微分方程式で記述された数理モデルから常微分方程式で記述できる力学系へと縮約を行った。この内容は論文誌にまとめ、査読付き国際誌に採択された。また、形状の対称性の影響を議論するため、2個の樟脳粒が剛体でつながれた形状の物体の運動について考察し、形状の対称性と運動の対称性の関係、およびそこに見られる分岐構造について議論した。この内容に関しても、論文にまとめ、現在投稿中である。
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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
当初の予定では、28年度は、マランゴニ対流による物質の運搬を拡散と近似することによって得られる理論的な枠組みに関する研究を、さらに発展させて動座標系で議論する予定であった。27年度に行った内容を国際論文誌に投稿したが、予想外に論文査読者とのやり取りが長引いているため、動座標系での議論に進めていない。しかし、境界や粒子形状の対称性による運動への影響の研究は予想以上に進展した。そのため、総合的にはおおむね順調に進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
27年度より続けているマランゴニ対流の影響を拡散とみなした時の記述に関する研究を早急に論文としてまとめるとともに、動座標系での解析へと発展させる予定である。また、粒子の形状や境界の対称性による運動への影響に関しては、多くの知見が得られており、今後、それぞれのトピックスに分けて数報の論文にまとめる予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
28年度は、27年度に行った研究を論文としてまとめたり、これまでに構築した実験系を用いて実験を行うことが多かった。また、新学術研究の分担者となっているが、そちらの科研費で購入した装置や計算機を用いることで、経費を節約することができた。そのため、当初の予定よりも使用額が少なかった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
29年度は、28年度に引き続き研究を進めるが、研究をまとめるうえで共同研究者との打ち合わせや情報収集が必要になると思われる。また、ヤヌス液滴系の作成など新たな自己駆動系の構築も進める予定である。それらのための旅費、物品費として使用する予定である。
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