| 研究課題/領域番号 |
20H01876
|
|---|
| 研究機関 | 京都産業大学 |
|---|
研究代表者 |
岩下 靖孝 京都産業大学, 理学部, 准教授 (50552494)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| キーワード | コロイド粒子 / レオロジー / 異方性粒子 / 絡み合い / アクティブマター |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究ではコロイド粒子の絡み合い形状を系統的に設計し、力学的非平衡下において、絡み合い相互作用が粒子分散系の静的・動的空間構造にどう影響するか、それによりどのような力学物性が現れるのかを解明することを目的としている。
1. 試料作成：フォトリソグラフィを用い、新たに緑の蛍光粒子を作成し、これまでの青と橙に加えて3色の蛍光微粒子の同時観察が可能となった。また本研究では粒子分散系の3次元顕微鏡観察を行うが、それに必要な粒子と溶媒との屈折率と密度を一致させた系を、既存の研究例を参考に実現した。しかし用いた溶媒は実験上の取り扱いに困難があるため、より扱いやすい溶媒で密度・屈折率のマッチングができることが望ましい。
2. ずり流動場下の2次元的流動状態と構造形成：作成したC字、S字、棒といった様々な異方形状粒子を用い、これらが沈殿した擬二次元分散系にずり流動場をかけたところ、形状に依存した特有の流動状態や構造形成が現れることを見出した。ずり場の大きさにより、底面に接して流される状態や回転しながら流動する状態などに変化するが、この2状態で粒子が異なる方向に配向するものが多い。また粒子同士が近接・衝突した際には、絡み合い的な相互作用など形状に強く依存した相互作用が生じた。このような沈殿粒子擬2次元系の流動状態や構造形成に関しては当初の計画にはない、新たに見出したテーマである。
3. 顕微レオメータの改良：長波長の蛍光用の光学系の改良により、より高効率な励起・蛍光観察が可能となった。また緑と橙蛍光の粒子について、高速度カメラによる200fps以上の高速観察を実現した。
4. 能動粒子の作成：フォトリソグラフィで作成した異方形状粒子に金属薄膜を付与し、交流電場による自発的な運動を誘起したところ、形状に依存した特徴的な運動が現れることが分かった。
|
| 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
試料作成：様々な蛍光色素を試し、また自作した蛍光顕微鏡系を改良したところ、青・緑・橙の3色の蛍光の同時観察が可能であることが分かった。これは当初の想定以上の結果である。また3次元観察に不可欠な、密度・屈折率マッチング系も実現した。
ずり流動場下の構造形成と粘弾性：研究計画で対象としていた3次元系ではなく、沈殿粒子の擬２次元系においても形状と流動場が結合した興味深い流動状態や相互作用が現れることが分かった。これは当初計画にはない成果であり、こちらに関しても研究を進めている。他方、粒子の3次元分散系については、密度・屈折率マッチング系で観察が可能であることを確認した。しかし前述の2次元系の研究を進めたこともあり、こちらに関しては予備的な結果に留まった。
能動粒子の作成と観察：印加電場で能動運動を誘起するinduced charge electrophoresisを用い、フォトリソグラフィによる異方形状粒子の特徴的な運動状態の観察に成功した。これに関しては、ほぼ想定通りの進捗である。
総じて、研究は順調に進んでいる。
|
| 今後の研究の推進方策 |
1. 試料作成：これまでの研究で、青・緑・橙それぞれの蛍光を発する任意形状微粒子の作成に成功し、さらに粒子と溶媒との屈折率と密度を一致させた分散系を実現することができた。しかしこれに用いた溶媒は有害性や揮発性などで実験上の取り扱いにやや困難がある。そこで異なる候補物質を用い、より実験しやすい屈折率・密度マッチング系の実現に取り組む。
2. ずり流動場下の2次元的流動状態と構造形成：ずり流動場下で沈殿した粒子の擬2次元系において、形状の異方性や絡み合い能が異なる多様な粒子を用いて実験を行い、現れる流動状態や形成される構造の形状依存性を解明する。なお本テーマは当初の計画にはない、新たに見出したものである。
3. ずり流動場下の3次元構造と粘弾性：S字形状および開いた楕円環形状といった絡み合い能を持つ粒子を用い、粒子の分散系に顕微レオメータを用いてずり流動場を印加し、光学/蛍光顕微鏡による直接観察により形成される構造の形状依存性を解明することに取り組む。特徴的な絡み合い挙動を示した粒子系に対し、流動変形に対する力学応答（粘弾性）を顕微レオメータを用いて測定する。
4. 異方形状能動粒子の運動状態と構造形成：まずは電場で自発的に運動する異方形状粒子系に関し、形状と運動状態および相互作用、そして相互作用と構造（集団的運動状態）の関係の解明に取り組む。次にこれらの粒子の流動場下における空間構造や集団的運動状態について調べ、力学応答の測定によって粘弾性への影響を調べる。
|
