Effect of entanglement in non-equilibrium colloidal dispersion

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本研究ではコロイド粒子の絡み合い形状を系統的に設計し、力学的非平衡下において、絡み合い相互作用が粒子分散系の静的・動的空間構造にどう影響するか、それによりどのような力学物性が現れるのかを解明することを目的としている。1. 試料作成：フォトリソグラフィを用い、これまでに青・緑・橙それぞれの蛍光を発する任意形状微粒子の作成に成功している。この微粒子について、ブロモエタノール水溶液により粒子と溶媒の密度を、ブロモナフタレンと粒子の混合により屈折率を一致させた系を実現した。しかし、何れも粒子の分散状態の安定性には改善の余地が残った。また、屈折率と密度の両方を一致させるには至っていない。2. ずり流動場下の構造形成：作成したS字状、楕円状といった絡み合い形状を持つ粒子の分散系に顕微レオメータを用いてずり流動場を印加したところ、絡み合い構造が流れ場の方向に成長する様子を観察することができた。S字と楕円の混合系において、S字同士だけでなくS字-楕円-S字の結合も見られた。また、複数の粒子が同時に同箇所に引っかかり、分岐構造が形成される様子も捉えた。このように、流動場中における絡み合い構造の形成過程とその特徴を直接的に観察することに成功した。3. 能動粒子の構造形成：フォトリソグラフィで作成した粒子に対し、部分的に金属薄膜を形成し、水溶液中で交流電場を印加することにより、能動的に運動する異方形状微粒子系を作成した。まず絡み合い能は無いが大きな形状異方性を持つ粒子を用て実験を行い、形状に依存した非常に特徴的な運動（速さの大きな履歴挙動や自励振動）や相互作用（自己捕捉）を示すことを見出した。