2017 Fiscal Year Annual Research Report
Design and analysis of active matter systems coupled with Marangoni effect
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15K05199
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
北畑 裕之 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (20378532)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | マランゴニ効果 / 表面張力 / 樟脳 / 自己駆動粒子 / 対称性 / 分岐現象 / アクティブマター / 流体効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、非平衡条件下で自発的に運動するアクティブマターに関して、対称性の観点から一般的な理論の枠組みを構築することを目的とした。そのために、物理化学系を用いた実験モデル系を作成し、数値計算を交えて研究を進めてきた。27年度、28年度においては、樟脳・水系を用いて、マランゴニ効果により表面に浮かべた物質が移動する系の実験と解析、その効果を実効的な拡散とみなす理論的枠組みの構築、1次元系に閉じ込められた樟脳粒の往復運動についての実験およびモデリングを行ってきた。この延長として29年度においては以下の成果が得られた。
(1) これまでの研究の延長として、樟脳粒を水面に固定した状態におけるマランゴニ対流を考え、対流により輸送される樟脳分子を実効的拡散係数を用いて表す理論的枠組みを構築し、国際誌に投稿、掲載された。
(2) 28年度からの延長として、2つの樟脳粒を剛体棒でつないだ形状の回転子の運動について議論し、理論解析、数値解析、実験による対応を確認した。この結果は、国際誌に投稿、掲載された。
(3) これまでの研究の延長として、2次元の円形の領域内に閉じ込められた樟脳粒の運動について議論した。この際には実効的な拡散係数を用いてモデリングし、樟脳濃度場および樟脳粒の位置についての微分方程式を少変数の常微分方程式に縮約した。その結果、円形領域に閉じ込められた樟脳粒は、中心を通る往復運動ではなく、円周に沿った回転運動を示しやすいことが明らかとなった。また実験によってもその理論的解析の妥当性が明らかとなった。現在、国際誌に投稿するために準備中である。
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