| 研究課題/領域番号 |
20K03872
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
折原 宏 北海道大学, 工学研究院, 教授 (30177307)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 負の粘度 / 液晶 / トポロジカル欠陥 / 乱流 |
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| 研究成果の概要 |
負の粘度を持つ流体の探索は古くから行われていたが、我々は電場を印加した液晶においてレオメーターを用いて負の粘性を初めて観測することに成功した。本研究では液晶における負性粘度の発現機構を明らかにする。
液晶の配向場、流れの速度場および電場を変数とする方程式をオンサーガーの変分原理より導出し、有限要素法による３次元の数値計算を行った。印加電圧を高くすると、流れが速くなり、欠陥が生成されることが再現でき、定常せん断流下の乱流状態でのせん断応力を求めたところ、応力が負、すなわち粘度が負になっていることが確認できた。この負の応力は速度勾配が界面近傍で逆転することに起因していることが明らかになった。
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| 自由記述の分野 |
ソフトマター物理学
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により、実験で観測されていた負の粘度がシミュレーションにより再現できた。この際に用いた運動方程式は極めて一般性のあるもので、ネマチック液晶であれば他の条件下の現象にも適用できる。また、本研究で負の粘度の発現機構を明らかにした液晶は非平衡状態にある流体で、最近ではアクティブマターと呼ばれ非平衡物理学の恰好な研究対象となっている。本研究の成果はこのようなアクティブマターに関する新たな学問分野の開拓およびその応用へとつながると期待できる。
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