| 研究課題/領域番号 |
16K13844
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
川勝 年洋 東北大学, 理学研究科, 教授 (20214596)
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| 研究分担者 |
今井 正幸 東北大学, 理学研究科, 教授 (60251485)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 非平衡状態 / 統計力学 / オンサーガーの変分原理 / 生体膜 / 反応座標 |
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| 研究実績の概要 |
非平衡現象を定量的に表現する手段として、オンサーガーの散逸関数を用いる方法がある。本研究では、このオンサーガー散逸関数を用いた定量化により、１）粒度場中での生体膜の運動様式、２）固体壁に開けられた小孔を透過する生体膜の運動、の2つの問題を解析した。１）流動場中での生体膜の運動に9関しては、流動場はストークス近似されたナビエ・ストークス方程式で表現し、一方の生体膜はフェーズフィールド法を用いて表現し、両者のカップリングについては膜の曲率の2次オーダーまで理論に取り入れた摂動モデルを構築し、オンサーガーの変分原理を用いて運動方程式を導出した。流動としては、ポアズイユ流を考え、流速および膜の弾性特性を種々変えることで、膜の様々な定常運動様式をシミュレーションにより求めた。さらにオサーガー散逸関数の値を求めることで、種々の流動様式が生成される物理的な背景を明らかにすることができた。２）固体壁の小孔を透過する膜に対してオンサーガー散逸関数を定義して、それを用いて膜の運動方程式を求めた。シミュレーションの結果、自由エネルギー局面の測地線に沿う運動(反応座標）と、オンサーガー散逸関数から導かれる正確な運動との間に大きな乖離があることがわかり、反応座標を用いた通常の動力学のモデル化が、ある局面では正しくないことが判明した。さらに、高分子系における非平衡定常系の例として、ブロック共重合体のミクロ相分離構造のレオロジーを考え、レプテイション理論と自己無撞着場理論とを結合させた高分子粘弾性理論を用いて、外部から印可するずり流動の速度及び方向と、ラメラ層の配向における転移との関係が明らかになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究を遂行すべき研究協力者を雇用しようとしたところ、この候補者が別のプロジェクトの研究協力者として雇用されてしまい、その後補充が効かなかった。このため、シミュレーションの実施が遅れ、平成29年度までずれ込んだ。
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| 今後の研究の推進方策 |
今回の研究でオンサーガーの変分原理を適用できる現象の範囲が明確化した。一方、オンサーガー散逸関数の枠組みでは表現できない非平衡現象(例えば慣性の働いている系など）についても理論の整備を行い、流動場中での膜系の動的な状態図を定量的に作成できる枠組みを構築する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
雇用を予定していた研究補助員が、年度の最初の時期に他のプロジェクトに雇用されたため、研究補助員の補充ができず、新年度になってからンおアルバイトで代用したために、研究の進度が遅れた。
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