研究課題
本研究の目的は、弱塩基の濃度勾配下における荷電コロイドのダイナミクスを記述する連続体モデルを構築し、弱塩基拡散場中における荷電コロイドの結晶化のメカニズムおよび解離反応を伴う電解質の輸送現象に関する物理的理解を得ることである。本年度は昨年度までに構築した高分子電解質ドメインダイナミクスのモデルに基づき、変数を制限して、よりコンパクトなモデルとした。このモデルにおいて強偏析の極限をとれば荷電コロイドの連続体モデルとして拡張可能であると考えられる。一定の塩基濃度勾配を仮定して解析を行い、塩基濃度勾配に比例する項と電場に比例する項が高分子の拡散流束に付け加わることを理論的に示した。上記のモデルに基づいて、非一様な環境を実現するため、塩基濃度の異なる２つのリザバーに接した系を考え、一定の塩基濃度勾配下でのシミュレーションを行った。その結果、塩基濃度の高い方に高分子電解質が輸送されることが確認された。これは実験的に得られている荷電コロイドの輸送方向と一致しており、このモデルが荷電コロイドのモデルとしても拡張可能であることを示唆している。また、このモデルはミセルを形成し得る溶媒中の界面活性剤系のモデルと形式的な類似点があり、これらの比較によって、より普遍的なモデルを構成できる可能性がある。一方、連続体モデルとの比較・対照のため、塩基濃度場との化学反応により粒子間ポテンシャルが変化する荷電コロイド粒子のブラウニアンダイナミクスシミュレーションを行った。その結果、時間変化しない不均一な塩基濃度勾配下において、コロイド粒子の結晶と液体の共存状態を実現することができた。ただし、実験で観察されているような泳動挙動は得られなかった。今後、これらの連続体モデルと粒子モデルによって得られた知見を基に、より現実的なモデルを構成できると考えている。
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