Developing Statistical Mechanics of Polymer Gels Based on Self-Avoiding Walk

基于自回避行走的聚合物凝胶统计力学发展

• 批准号: 22K13973
• 负责人: 白井 伸宙
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Mie University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K13973/
• 关键词: 高分子ゲル; 負のエネルギー弾性; 自己回避ウォーク; 統計力学; 厳密数え上げ

高分子ゲルで発見された負のエネルギー弾性のミクロな起源を探るため、高分子ゲルを構成する高分子鎖1本を取り出して相互作用自己回避ウォークを用いたモデル化を行い、解析を行った。解析には、厳密数え上げを用い、計算機により条件を満たす自己回避ウォークを数え上げることで各エネルギー毎の状態数を求めた。得られた状態数をもとに統計力学を用いて1本鎖の硬さを表すスティフネスを計算した。計算結果から、負のエネルギー弾性を示した高分子ゲルの実験結果を定性的に説明する結果が得られ、負のエネルギー弾性の起源が高分子鎖と溶媒分子の間の引力相互作用であることが明らかになった。モデルの引力相互作用を変化させてみると、負のエネルギー弾性の効果が大きくなって弾性率が下がる（柔らかくなる） と同時に、高分子鎖と溶媒分子の引力相互作用によって自己回避ウォークが局所的に伸びた構造を取ることが観察された。これは局所的に曲がりにくく「硬い」構造を取ることが全体として柔らかい状態を作り出していることを意味している。さらに、一部の条件の自己回避ウォークについて状態数の数列の一般項を求めることに成功した。これにより、得られた結果は有限ステップの自己回避ウォークだけではなく、連続極限を取った場合でも有効であり、一般的に成り立つことが強く示唆された。研究結果をまとめた原著論文はPhysical Review Letters誌からオープンアクセスで掲載された。本論文の出版に合わせてプレスリリースを行い、インターネットメディアや新聞で取り上げられ、研究成果を広く周知することができた。

Polymer ゲ ル で 発 see さ れ た negative の エ ネ ル ギ ー 弾 sex の ミ ク ロ な origin を agent る た め, polymer ゲ ル を constitute す る polymer lock this を take り out し て interaction themselves to avoid ウ ォ ー ク を with い た モ デ ル change lines を い, analytic を っ た. Parsing に は, 厳 close several え げ を い, computer に よ を り conditions against た す yourself to avoid ウ ォ ー ク を げ on several え る こ と で each エ ネ ル ギ ー their の state number を o め た. To obtain the られた state number を を とに とに statistical mechanics を, the <s:1> た is calculated using a さを て table and a lock-up hard さを table すスティフネスを. Calculation results か ら, negative の エ ネ ル ギ ー 弾 sex を shown し た polymer ゲ ル の be 験 result を qualitative に す る results ら が れ, negative の エ ネ ル ギ ー 弾 の origin が polymer lock と の gravitational interaction between solvent molecules の で あ る こ と が Ming ら か に な っ た. を モ デ ル の gravitational interaction - the さ せ て み る と, negative の エ ネ ル ギ ー 弾 sex の unseen fruit が big き く な っ て 弾 sex rate under が が る (soft ら か く な る) と に at the same time, polymer lock と solvent molecules の gravitational interaction に よ っ て yourself to avoid ウ ォ ー ク が bureau of に stretch び た tectonic を take る こ と が 観 examine さ れ た. こ れ は bureau of に qu が り に く く を "hard い" structure take る こ と が all と し て soft ら か い state を as り out し て い る こ と を mean し て い る. Youdaoplaceholder0, a <s:1> condition <e:1> to avoid ウォ, に, に, て て, number of states, <s:1> sequence, <e:1>, general term を, finding める, める, とに, success, た. こ れ に よ り, ら れ た results は limited ス テ ッ プ の yourself to avoid ウ ォ ー ク だ け で は な く, even 続 limit を take っ た occasions で も have sharper で あ り, general に into り つ こ と が く and shown strong sucking さ れ た. Results を ま と め た original paper は Physical Review Letters tzu か ら オ ー プ ン ア ク セ ス で first white jasmines load さ れ た. This thesis published の に close わ せ て プ レ ス リ リ ー ス を い, イ ン タ ー ネ ッ ト メ デ ィ ア や news で take り げ ら れ, research を hiroo く known す る こ と が で き た.

项目成果

自己回避ウォークの負のエネルギー弾性

自回避行走的负能量弹性

• 发表时间: 2022
• 作者: Shirai Nobu C.;Sakumichi Naoyuki;白井 伸宙
• 通讯作者: 白井 伸宙

『ゲルのやわらかさを決める「負のエネルギー弾性」の起源を解明』（三重大Rナビ、プレスリリース）

“阐明决定凝胶柔软度的“负能量弹性”的起源”（三重大学 R Navi，新闻稿）

2つのエントロピー弾性の間のクロスオーバーで現れる負のエネルギー弾性

负能量弹性出现在两个熵弹性之间的交叉处

• 发表时间: 2022
• 作者: 白井 伸宙;作道 直幸
• 通讯作者: 作道 直幸