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2012 年度 実績報告書

液体の階層的自己組織化とダイナミクス

研究課題

研究課題/領域番号 21224011
研究機関東京大学

研究代表者

田中 肇  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (60159019)

研究期間 (年度) 2009-05-11 – 2014-03-31
キーワード液体 / 時空階層性 / 水の熱力学異常 / ガラス転移 / 液体・液体転移 / 結晶化
研究概要

液体の内包する時空階層性に焦点を当て研究を行い、平成24年度及びその平成25年度への繰越分を通して、以下のような成果を得た。1.14種類の水溶液系において液体・液体転移現象を見出し、そのスピノーダル線が水溶液の種類によらず「水の活性」により一意的に決まることを示した。このことは、これらの水溶液系の液体・液体転移が水のそれにより誘起されていることを示しており、純粋な水に液体・液体転移が存在することを示唆する。2.トリフェニルフォスファイトにおいて見られる転移現象について光散乱測定を行い、長年論争となっていた液体・液体転移説と微結晶説において、前者が有力である実験的証拠を得た。3.水の熱力学異常についての研究を行い、以前に我々が提唱した水の二状態モデルを支持する微視的な構造的証拠を明らかにすることに成功した。4.従来の常識に反し、水の常圧付近の結晶化は、I型の氷が直接形成されるのではなく、新たに発見された準安定な氷がまず核形成し、それがI型の氷に変換することを発見した。これにより、長年未解明であった氷の均一核形成線の圧力依存性が、この新たな氷の融解線の圧力依存性により決まっていることが明らかとなった。この新たな氷はその構造に五員環を内包し、水の局所秩序構造と構造的整合性を持つことが、核形成障壁を下げる要因であることも明らかとなった。この発見は、これまでの水の氷への結晶化の常識を覆すばかりでなく、長年未解明であった氷の均一核形成線の相図上の位置について、明確な説明を与えるものであり、高層大気での氷の形成など、自然現象の理解への貢献も期待される。5.長年未解明であった剛体球コロイドの結晶核形成頻度の実験と数値シミュレーションの間の10桁以上の不一致の原因が、重力による沈降の影響である可能性を初めて指摘した。これらの成果は、液体の基本的な性質の理解の深化に資するものと期待している。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (56件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件) 学会発表 (45件) (うち招待講演 17件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Identification of long-lived clusters and their link to slow dynamics in a model glass former2013

    • 著者名/発表者名
      A. Malins, J. Eggers, C. P. Royall, S. R. Williams and H. Tanaka
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys

      巻: Vol.138 ページ: 12A535

    • DOI

      10.1063/1.4790515

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A novel particle tracking method with individual particle size measurement and its application to ordering in glassy hard sphere colloids2013

    • 著者名/発表者名
      M. Leocmach and H. Tanaka
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: Vol.9 ページ: 1447-1457

    • DOI

      10.1039/C2SM27107A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structure and kinetics in the freezing of nearly hard spheres2013

    • 著者名/発表者名
      J. Taffs, S. R. Williams, H. Tanaka and C. P. Royall
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: Vol.9 ページ: 297-305

    • DOI

      10.1039/C2SM26473K

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Importance of many-body correlations in glass transition: An example from polydisperse hard spheres2013

    • 著者名/発表者名
      Mathieu Leocmach, John Russo and Hajime Tanaka
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 138 ページ: 12A536-1-9

    • DOI

      10.1063/1.4769981

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Viscoelastic phase separation in soft matter and foods2012

    • 著者名/発表者名
      H. Tanaka
    • 雑誌名

      Faraday Discuss

      巻: Vol.158 ページ: 371-406

    • DOI

      10.1039/C2FD20028G

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamic scaling for anomalous transport in supercooled liquids2012

    • 著者名/発表者名
      A. Furukawa and H. Tanaka
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: Vol.86 ページ: 030501(R)

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.86.030501

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Roles of icosahedral and crystal-like order in the hard spheres glass transition2012

    • 著者名/発表者名
      M. Leocmach and H. Tanaka
    • 雑誌名

      Nature Comm

      巻: Vol.3 ページ: Article number:974

    • DOI

      10.1038/ncomms1974

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The microscopic pathway to crystallization in supercooled liquids2012

    • 著者名/発表者名
      J. Russo and H. Tanaka
    • 雑誌名

      Sci. Rep

      巻: Vol.2 ページ: Article number:505

    • DOI

      10.1038/srep00505

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Liquid-liquid transition without macroscopic phase separation in a water-glycerol mixture2012

    • 著者名/発表者名
      K. Murata and H. Tanaka
    • 雑誌名

      Nature Mater

      巻: Vol.11 ページ: 436-443

    • DOI

      10.1038/nmat3271

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bond orientational order in liquids: Towards a unified description of water-like anomalies, liquid-liquid transition, glass transition, and crystallization2012

    • 著者名/発表者名
      Hajime Tanaka
    • 雑誌名

      The European Physical Journal E

      巻: 35 ページ: 113-1-84

    • DOI

      10.1140/epje/i2012-12113-y

    • 査読あり
  • [学会発表] Phase separation in soft matter2012

    • 著者名/発表者名
      Hajime Tanaka
    • 学会等名
      Ecole de Physique des Houches, Summer school: Soft interfaces
    • 発表場所
      Les Houches, France
    • 年月日
      20120712-20120713
    • 招待講演
  • [学会発表] 動的非対称性と粘弾性相分離・破壊現象

    • 著者名/発表者名
      田中肇
    • 学会等名
      第61回 高分子学会年次大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 招待講演
  • [学会発表] パターン形成:相分離から破壊まで

    • 著者名/発表者名
      田中肇
    • 学会等名
      平成24年度 第11回 未踏科学サマー道場 -材料科学・生命科学を変革するソフトマテリアル、その研究の最前線-
    • 発表場所
      湘南国際村センター
    • 招待講演
  • [学会発表] 形態に特徴を持つ高分子鎖のダイナミクスへの流体力学的効果

    • 著者名/発表者名
      鎌田久美子・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
  • [学会発表] 水溶液系における液体・液体転移III

    • 著者名/発表者名
      村田憲一郎・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
  • [学会発表] ドロップレットスピノーダル分解の粗大化過程II

    • 著者名/発表者名
      清水涼太郎・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
  • [学会発表] 異方性粒子分散系における構造とダイナミクス

    • 著者名/発表者名
      佐藤勇樹・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
  • [学会発表] 熱測定によるガラス転移とエイジング挙動の研究III

    • 著者名/発表者名
      小林美加・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
  • [学会発表] 荷電脂質二重膜における相分離粗大化の停止メカニズム

    • 著者名/発表者名
      下川直史・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
  • [学会発表] アクティブコロイド分散系における流体相互作用に誘起された秩序化

    • 著者名/発表者名
      後藤雄介・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
  • [学会発表] 温度勾配下における二分子膜ラメラ相の線欠陥の運動

    • 著者名/発表者名
      栗田玲・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
  • [学会発表] 過冷却液体の流体輸送における動的スケーリング

    • 著者名/発表者名
      古川亮・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
  • [学会発表] 水溶液系における液体・液体転移IV

    • 著者名/発表者名
      村田憲一郎・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
  • [学会発表] 熱測定によるガラス転移とエイジング挙動の研究IV

    • 著者名/発表者名
      小林美加・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
  • [学会発表] 擬二次元駆動粉体系における構造とダイナミクス

    • 著者名/発表者名
      小松侑太・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
  • [学会発表] フレキシブル─セミフレキシブルブロックコポリマーの鎖長比と凝縮ダイナミクス

    • 著者名/発表者名
      鎌田久美子・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
  • [学会発表] 荷電コロイドを用いたWigner結晶形成:塩添加効果

    • 著者名/発表者名
      荒井俊人・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
  • [学会発表] 回転外場下の極性球形コロイド分散系のダイナミクス

    • 著者名/発表者名
      清水涼太郎・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
  • [学会発表] 粘弾性相分離によるパターン形成の数値シミュレーション

    • 著者名/発表者名
      高橋学・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
  • [学会発表] 荷電脂質二重膜における相分離ドメインの成長

    • 著者名/発表者名
      下川直史・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
  • [学会発表] 温度勾配下における二分子膜の相転移ダイナミクス

    • 著者名/発表者名
      栗田玲・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
  • [学会発表] タンパク質水溶液の相分離と結晶化の競合XI

    • 著者名/発表者名
      西田玲子・高橋雅江・田中肇
    • 学会等名
      日本物理学会 第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
  • [学会発表] Intimate link between glass transition and crystallization in weakly frustrated liquids

    • 著者名/発表者名
      Hajime Tanaka
    • 学会等名
      WPI-AIMR Workshop "Structure and Dynamics of Glass -Bridging mathematics and material science-"
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 招待講演
  • [学会発表] Key roles of hydrodynamic interactions in colloidal gelation

    • 著者名/発表者名
      Akira Furukawa and Hajime Tanaka
    • 学会等名
      Workshop on flocculated suspensions
    • 発表場所
      Paris, France
    • 招待講演
  • [学会発表] Viscoelastic phase separation in soft matter and foods

    • 著者名/発表者名
      Hajime Tanaka
    • 学会等名
      Soft Matter Approaches to Structured Foods: FD158
    • 発表場所
      Wageningen, Netherlands
    • 招待講演
  • [学会発表] Frustration-induced topological defects in liquid crystals and their applications

    • 著者名/発表者名
      Hajime Tanaka
    • 学会等名
      24th International Liquid Crystal Conference
    • 発表場所
      Mainz, Germany
    • 招待講演
  • [学会発表] Commonality between viscoelastic phase separation and mechanical fracture

    • 著者名/発表者名
      Hajime Tanaka
    • 学会等名
      Seminar at Department of Physics, University of Ljubljana
    • 発表場所
      Ljubljana, Slovenia
    • 招待講演
  • [学会発表] Ordering and Formation of Topological Defects in Soft Matter

    • 著者名/発表者名
      Hajime Tanaka
    • 学会等名
      International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Its Related Materials
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 招待講演
  • [学会発表] Dynamic Scaling for Anomalous Hydrodynamic Transport in Supercooled Liquids

    • 著者名/発表者名
      Akira Furukawa and Hajime Tanaka
    • 学会等名
      The 6th International Conference on MULTISCALE MATERIALS MODELING
    • 発表場所
      Biopolis, Singapore
    • 招待講演
  • [学会発表] Role of bond orientational order in the homogeneous crystallization from supercooled liquids

    • 著者名/発表者名
      John Russo and Hajime Tanaka
    • 学会等名
      The 3rd Workshop on Computational and Statistical Physics
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 招待講演
  • [学会発表] Slowing down of domain growth coarsening in charged bilayer membranes

    • 著者名/発表者名
      Naofumi Shimokawa and Hajime Tanaka
    • 学会等名
      Julich Soft Matter Days 2012
    • 発表場所
      Bad Honnef, Germany
  • [学会発表] Roles of Many-body Hydrodynamic Interactions in Colloid Dynamics and Ordering

    • 著者名/発表者名
      Hajime Tanaka, Akira Furukawa, Takeaki Araki and Yusuke Goto
    • 学会等名
      Fluid-Structure Interactions in Soft-Matter Systems: From the Mesoscale to the Macroscale
    • 発表場所
      Prato, Italy
    • 招待講演
  • [学会発表] A novel coasening mechanism of droplet spinodal decomposition

    • 著者名/発表者名
      Ryotaro Shimizu and Hajime Tanaka
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Slow Dynamics in Complex Systems -- Keep Going Tohoku --
    • 発表場所
      Sendai, Japan
  • [学会発表] Spontaneous bond orientational ordering in liquids: An intimate link between glass transition and crystallization

    • 著者名/発表者名
      Hajime Tanaka, John Russo, Mathieu Leocmach and Takeshi Kawasaki
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Slow Dynamics in Complex Systems -- Keep Going Tohoku --
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 招待講演
  • [学会発表] Experimental indication for a liquid-liquid transition in aqueous solutions

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichiro Murata and Hajime Tanaka
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Slow Dynamics in Complex Systems -- Keep Going Tohoku --
    • 発表場所
      Sendai, Japan
  • [学会発表] Role of bond orientational order in the crystallization of hard spheres

    • 著者名/発表者名
      John Russo and Hajime Tanaka
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Slow Dynamics in Complex Systems -- Keep Going Tohoku --
    • 発表場所
      Sendai, Japan
  • [学会発表] Liquid-glass transition of water/salt mixtures

    • 著者名/発表者名
      Mika Kobayashi and Hajime Tanaka
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Slow Dynamics in Complex Systems -- Keep Going Tohoku --
    • 発表場所
      Sendai, Japan
  • [学会発表] A New Mechanism for Coarsening in Droplet Spinodal Decomposition

    • 著者名/発表者名
      Ryotaro Shimizu and Hajime Tanaka
    • 学会等名
      GCOE International Symposium on Physical Sciences Frontier
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
  • [学会発表] Wigner Crystallization: Effect of the Screening

    • 著者名/発表者名
      Shunto Arai and Hajime Tanaka
    • 学会等名
      GCOE International Symposium on Physical Sciences Frontier
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
  • [学会発表] Intimate link between glass transition and crystallization in hard spheres

    • 著者名/発表者名
      Hajime Tanaka, John Russo, Mathieu Leocmach and Takeshi Kawasaki
    • 学会等名
      Workshop on the Open Problems of the Glass Transition and Related Topics
    • 発表場所
      Fukuoka, Japan
    • 招待講演
  • [学会発表] A possible key role of hydrodynamic interactions in colloidal gelation

    • 著者名/発表者名
      Akira Furukawa and Hajime Tanaka
    • 学会等名
      Workshop on the Open Problems of the Glass Transition and Related Topics
    • 発表場所
      Fukuoka, Japan
    • 招待講演
  • [学会発表] Dipolar spherical particles in a rotating external field

    • 著者名/発表者名
      Ryotaro Shimizu and Hajime Tanaka
    • 学会等名
      Self-organization and Emergent Dynamics in Active Soft Matter
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
  • [学会発表] Slowing down of domain growth coarsening in charged bilayer membranes

    • 著者名/発表者名
      Naofumi Shimokawa and Hajime Tanaka
    • 学会等名
      Self-organization and Emergent Dynamics in Active Soft Matter
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
  • [学会発表] Glassy slow dynamics of confined hard spheres

    • 著者名/発表者名
      Hajime Tanaka
    • 学会等名
      International Workshop on Wetting and Capillarity in Complex Systems
    • 発表場所
      Dresden, Germany
    • 招待講演
  • [学会発表] Solute effects on the thermodynamic and kinetic behavior of water and liquid-liquid transition

    • 著者名/発表者名
      Hajime Tanaka and Ken-ichiro Murata
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2013
    • 発表場所
      Baltimore, USA
    • 招待講演
  • [備考] 東京大学生産技術研究所田中肇研究室webページ

    • URL

      http://tanakalab.iis.u-tokyo.ac.jp/index.html

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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