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2021 年度 実施状況報告書

多自由度系での分布関数制御による結晶成長の新たな可能性の探求

研究課題

研究課題/領域番号 18K03500
研究機関愛知工業大学

研究代表者

上羽 牧夫  愛知工業大学, 工学部, 客員教授 (30183213)

研究分担者 勝野 弘康  北海道大学, 低温科学研究所, 博士研究員 (70377927)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
キーワードカイラリティ転換 / ヴィエドゥマ熟成 / カイラル結晶化 / 結晶多形 / 準安定状態 / 結晶サイズ分布 / ステップバンチング
研究実績の概要

本研究の目的は,結晶異性体や準安定相など多自由度を持つ多数の結晶集団において,結晶粉砕,温度変化などの簡単な物理的条件変化によってサイズ分布関数を制御し,その結果として起きる新しい結晶成長の可能性を探求することにある.つまり,すでに見つかっている結晶粉砕や温度循環(温度の周期的変化) による結晶カイラリティの転換と結晶サイズ分布の関係を解明し,それを応用して可能となる新しい現象を提案することである.
今までの研究によって,カイラリティ転換機構の根幹は,カイラルクラスターの結晶化への寄与による非線形的自己触媒効果と考えられる.この理解をもとに,同様な方法を使えば,クラスターによる結晶成長をする物質では,安定結晶相から準安定結晶相への転換が可能であろうと考え,一般化されたBecker-Doeringモデルの数値計算によって,安定結晶相と準安定結晶相の共存溶液中での結晶の粉砕攪拌によって前者を後者に転換することが可能であること,および転換条件を評価し,結果を論文に発表した.
また水中での氷結晶でのステップバンチングの実験の理論的解析も行った.これは融液成長でのステップバンチングを測定した最初の実験である.解析の結果,理論的にはChernovらの提案した機構でバンチしていると考えられるが,ステップ間斥力が弾性相互作用から期待されるものより相当強いことが分かった.この理由は双極子相互作用なども検討したが,未だ解明されていない.

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

準安定相を初期状態で十分多量に用意すれば,安定相をエネルギー的に不利な準安定相に転換できることを示すことができたが,温度循環によるオストヴァルト熟成の加速を証明するシミュレーションを行うことができていない.
また温度循環では,クラスター成長がなくてもカイラリティ転換が可能とするシミュレーションもあり,その当否の判断がまだついていない.

今後の研究の推進方策

研究期間の再延長が認められたので,クラスター成長なしでの温度循環法の理論的な可否(実験的検証は困難と思われるので),温度循環によるオストヴァルト熟成の加速の可能性など,やり残した課題をできる限り追及する.

次年度使用額が生じた理由

国際会議や学会等の旅費に使用する予定であったが,すべてonline会議となった.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Step-bunching instability of growing interfaces between ice and supercooled water2022

    • 著者名/発表者名
      Murata Ken-ichiro、Sato Masahide、Uwaha Makio、Saito Fumiaki、Nagashima Ken、Sazaki Gen
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 119 ページ: 2115955119-1-8

    • DOI

      10.1073/pnas.2115955119

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Possibility of Conversion from a Stable Phase to a Metastable Phase by Grinding Crystals2021

    • 著者名/発表者名
      H. Katsuno, M. Uwaha
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 119 ページ: 044001-1-5

    • DOI

      10.7566/JPSJ.90.044001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 壊しながら作るカイラル結晶の選択的成長――“不斉”結晶成長の理論2021

    • 著者名/発表者名
      勝野 弘康,上羽牧夫
    • 雑誌名

      日本物理学会誌(最近の研究から)

      巻: 76 ページ: 349-354

    • 査読あり
  • [学会発表] 温度昇降相転換現象における分岐2022

    • 著者名/発表者名
      勝野弘康, 上羽牧夫
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
  • [学会発表] 温度昇降による安定相から準安定相への変換 II2021

    • 著者名/発表者名
      勝野弘康,上羽牧夫
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会大会
  • [学会発表] 温度循環による安定相から準安定相への転換機構2021

    • 著者名/発表者名
      勝野弘康,上羽牧夫
    • 学会等名
      第50回結晶成長国内会議(日本結晶成長学会)

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公開日: 2022-12-28  

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