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2014 年度 実績報告書

マランゴニ効果により駆動される液滴運動と変形

研究課題

研究課題/領域番号 24740256
研究機関千葉大学

研究代表者

北畑 裕之  千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (20378532)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワードアクティブマター / 非平衡系 / 自己駆動液滴 / マランゴニ対流 / 表面張力 / 分岐 / パターン形成 / 散逸構造
研究実績の概要

本研究においては、界面張力勾配がある系でマランゴニ効果により駆動される液滴の自発的運動と変形の関係について、一般的な理解を得ることを目的として研究を進めている。本年度は、主に以下の二つの研究を行った。
(I)25年度に引き続き、自己駆動する物体の形状を固定した場合についての解析を行った。樟脳・水系をモデルとすることにより、樟脳粒の形状を変えることでどのような運動が起こるかを考えた。これまでは円からの微小変形のみの議論であったが、26年度は、変形が大きな場合に関してどのようにアプローチできるかを考察した。また、複数個の楕円形の樟脳粒を浮かべた時の相互作用に関しても拡散場を通した相互作用がどのように記述できるかを議論した。さらに、それに対応する実験系も構築し、理論と比較した。今後、数値計算、解析計算を含め、形状も楕円だけではなくほかのモードの変形の場合を議論することにより、研究がさらに発展すると期待している。
(II)界面活性剤の吸着・脱着とともに水相中を運動する油滴に関して、液滴の運動と変形の相関に関する解析を行った。その際、実験により得られた画像から、楕円変形のモードを抽出するアルゴリズムの開発を目指した。これまで変形が小さい場合にはモーメントを計算することにより変形の大きさが得られることを明らかにしていたが、変形が大きな場合においても、楕円形に近似することで変形の度合いを定量化し、速度との関係を議論することが可能になった。今後は変形と速度の変化の時間相関などを測定することにより、運動と変形がそれぞれどのように互いを駆動、または、抑制しているのかを議論することができると期待している。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Physicochemical design and analysis of self-propelled objects that are characteristically sensitive to interfacial environments2015

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Nakata, Masaharu Nagayama, Hiroyuki Kitahata, Nobuhiko J. Suematsu, and Takeshi Hasegawa
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 17 ページ: 10326-10338

    • DOI

      10.1039/C5CP00541H

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Coupling between a chemical wave and motion in a Belousov-Zhabotinsky droplet2015

    • 著者名/発表者名
      Shingo Miyazaki, Tatsunari Sakurai, and Hiroyuki Kitahata
    • 雑誌名

      Current Physical Chemistry

      巻: 未定 ページ: 未定

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Quantitative estimation of the parameters for self-motion driven by difference in surface tension2014

    • 著者名/発表者名
      Nobuhiko J. Suematsu, Tomohiro Sasaki, Satoshi Nakata, Hiroyuki Kitahata
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 30 ページ: 8101-8108

    • DOI

      10.1021/la501628d

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Transient reciprocating motion of a self-propelled object controlled by a molecular layer of a N-stearoyl-p-nitroaniline: Dependence on the temperature of an aqueous phase2014

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Nakata, Tomoaki Ueda, Tatsuya Miyaji, Yui Matsuda, Yukiteru Katsumoto, Hiroyuki Kitahata, Takafumi Shimoaka, and Takeshi Hasegawa
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry C

      巻: 118 ページ: 14888-14893

    • DOI

      10.1021/jp501180h

    • 査読あり
  • [学会発表] Marangoni対流を考慮した実効的拡散係数2015

    • 著者名/発表者名
      北畑裕之,義永那津人
    • 学会等名
      日本物理学会2015年年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] Spontaneous Motion Driven by Surface Tension Gradient2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Kitahata
    • 学会等名
      3rd Japanese-German Workshop "Emerging Phenomena in Spatial Patterns"
    • 発表場所
      Magdeburg, Germany
    • 年月日
      2014-09-12 – 2014-09-12
  • [学会発表] 学振動反応による界面張力勾配が駆動する液滴運動2014

    • 著者名/発表者名
      北畑裕之,宮﨑信吾
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学春日井キャンパス
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] Droplet motion coupled with pattern formation2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Kitahata
    • 学会等名
      Gordon Research Conference: Oscillations and Dynamic Instabilities in Chemical Systems
    • 発表場所
      Gerona, Spain
    • 年月日
      2014-07-13 – 2014-07-18
  • [備考] 北畑裕之のページ

    • URL

      http://cu.phys.s.chiba-u.ac.jp/~kitahata/

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公開日: 2016-06-01  

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