| 研究課題/領域番号 |
25870493
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| 研究種目 |
若手研究(B)
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
岩下 靖孝 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (50552494)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | コロイド / パッチ粒子 / 自己組織化 |
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| 研究概要 |
我々は近年注目が高まっている異方性コロイド粒子系の中で、球状パッチ粒子を「コロイド分子」として用い、その凝集・自己組織化の物理的機構を解明することを目的とし研究を行っている。特に粒子の集合的挙動を系統的に解明することを目指している。
平成25年度においては、粒子の作成および自己組織化機構の解明に関し大きな進展が見られた。
1. 半球パッチを持つヤヌス粒子において、溶媒の臨界効果により分散・凝集を精密に制御することに成功した。これを利用し、パッチ間引力を系統的に変えて実験を行い、凝集時に自己組織的に階層構造(ヒエラルキー)が現れることを見出した。更に購入した計算機により数値シミュレーションを行い、その物理的機構を解明した。このような系統的解明、階層性の明確な実証は本研究において初めて成されたものであり、当初目的以上の成果と言える。またパッチ粒子の有用な実験手法を確立したものとしても意義がある。
2. 金属面間のファンデルワールス引力を利用し、大きな金属面を小さな1パッチ粒子で被覆することに成功した。この時パッチ面の電荷密度や大きな金属面の親水性などが被覆挙動に及ぼす影響の一部を定性的に解明した。これは平成26年度に予定していた「多成分系の凝集構造」の研究の一部である。
3. 上記のパッチ物性制御に加え、パッチサイズを制御することにも成功し、パッチ間相互作用への影響について予備的な知見を得た。
このように、「コロイド分子」自己組織化における重要な物理的機構を、異なる側面からの実験と数値シミュレーションにより解明することができた。1は既に論文として発表した。2, 3は平成26年度も継続して行う。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
平成25年度は様々なサイズや物性を持つ粒子を作成し、その相互作用への影響について調べた：サイズについては、化学エッチングにより円形の形状を保ったままサイズを小さくすることができた。またパッチ面のチオール化により表面電荷や親水性・疎水性を制御し、それらがパッチ間の凝集挙動に与える影響を定性的に評価した。このように作成した粒子のパッチ間相互作用を、溶媒の臨界性を利用することで精密に制御することに成功した。実験において良質なパッチ粒子を作成し、その相互作用を制御することは従来困難であったため、本成果はコロイド分子系の基礎的な手法の発展に大いに貢献するものといえる。
さらにこの手法を用いることで、パッチ粒子の自己組織化凝集構造が階層性を有することを実験により発見した。このような性質は理論・シミュレーションにより予想されていたが、実験で示したのは我々が初めてである。また我々自身で行なったシミュレーションを実験結果と直接比較することにより、パッチ粒子のコロイド分子としての凝集機構を解明することができた。
以上のように、本研究はコロイド分子系の集合的挙動の研究において、従来遅れていた実験による研究を進展させた先駆的な成果として評価され、論文として発表した他にソフトマター分野での世界的な国際会議での口頭発表も行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでは順調に研究が進展しており、当初計画の方針にそって研究を進める予定である。パッチサイズ依存性については現在は予備的な結果の段階であり、より詳細な研究を行う。多成分系については既にある程度の結果を得ており、より定量的な結果を得た後に早急にまとめたい。マルチパッチ粒子も作成の目処はたっている。前年度の成果も踏まえ、最終的には「コロイド分子」の凝集・自己組織化の物理的機構の系統的解明に繋げて行きたい。
また他にも幾つか興味深い現象が見つかっている：例えば粒子の方向秩序、外場駆動による非平衡定常状態の形成、3次元構造などである。これらは当初計画には含まれていないが、それ以上の進展を図るため積極的に取り組んで行きたい。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
論文の校正費として使用する予定だったが、校正依頼が次年度にずれ込んだため。
次年度使用額は論文校正費として使用する予定である。翌年度分請求額は当初予定通り、消耗品費や旅費などとして使用する。
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