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我々は、これまで固体であるコロイド粒子を周りの液体よりも高い粘性率を持つ変形しない液体粒子として記述し、粒子間の流体相互作用を効率よく取り入れることができる新しい計算手法(流体粒子ダイナミクス法)を開発し、コロイド分散系の凝集過程などに関する研究を行ってきた。本研究の目的は、この手法の特徴の一つである拡張性を利用し電解質コロイド多粒子系の未解明な挙動を調べることにある。例えば、電場下では粒子はその方向に移動することはよく知られているが、多粒子系では、粒子間の流体力学的相互作用が顕著になるため、その振る舞いは予想し難くなり、多くの問題が残されている。
本年度は、前年度開発したシミュレーション法を拡張して、三次元系における多粒子系の電気泳動過程を調べた。二次元系の結果と同じく、流体力学的相互作用により粒子の運動が不均一になること、その不均一性が塩を添加することで均一になることを示した。また、電気泳動する各粒子の周りの対イオンが流れ場により電場方向に偏在することで、双極子的な電位ポテンシャルが形成することがわかった。さらに、双極子相互作用が強い場合には、数珠状になって運動する粒子群が存在すること、それにより粒子運動がより不均一化することが分かった。
また遅いプロセスを長時間観測すべく数値計算法を改良し、荷電コロイド系の凝集過程の後期過程を調べた。その結果、特定の粒子濃度、塩濃度において配向秩序を持った凝集構造(二次元ではラメラ状、三次元では鎖状)が形成することを示した。比較のために流体相互作用を無視した系、塩濃度の自由度を無視し粒子間相互作用を二体ポテンシャルで表した系の凝集構造を調べたところ、凝集構造に変化が見られた。このことは、塩濃度・流れ場の自由度を正しく解くことで、粒子間相互作用が多体的・非等方的になること、流体効果が秩序構造の形成を促進していることを示している。
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