液体中の自由度間相関を記述する新しい粘性係数の測定とその分子論からのアプローチ

液体の一般的な物性値として熱伝導率、拡散係数、粘性などが知られている。これらは流体中の複数の分子が相互作用しながらミクロな運動量やエネルギーを輸送する過程を表す輸送係数である。本研究は、分子の回転と並進運動のカップリングを記述する新しい輸送係数「並進・配向結合粘性μ」を様々な種類の流体で測定する要素技術の開発を目的とする。さらに分子配向によって特徴付けられる液晶や生体膜構造について、並進・配向結合粘性を測定し、その形成にとって結合粘性が果たす役割を調べ,集団的な分子配向構造の形成メカニズムを探る。本年度は、新たに開発した表面波励起流動複屈折スペクトロスコピー法と高分解能光散乱法により、液晶系におけるずり・配向・結合の3つの独立な輸送係数を世界で始めて独立に決定することに成功した。それぞれの温度依存性から、各粘性機構の障壁エネルギーを算出することができた。さらにこれまでの我々の研究により明らかとなっているネマティック-等方相転移における結合パラメータの臨界異常について、その原因が回転-並進結合粘性にあることを明らかにした。また1MHz以上の高周波領域でずり運動モードと分子の回転の動的カプリングを計測する定在波超音波複屈折法を用いて、液晶系における配向緩和を自由度間結合の支店から直接観察することを試みた。付随する成果として、音波周波数帯域を数MHzにまで拡張し、液晶緩和の全スペクトルを観察することが可能になった。

液体の一般的な物性値として熱伝導率、拡散係数、粘性などが知られている。これらは流体中の複数の分子が相互作用しながらミクロな運動量やエネルギーを輸送する過程を表す輸送係数である。本研究は、分子の回転と並進運動のカップリングを記述する新しい輸送係数「並進・配向結合粘性μ」を様々な種類の流体で測定する要素技術の開発を目的とする。さらに分子配向によって特徴付けられる液晶や生体膜構造について、並進・配向結合粘性を測定し、その形成にとって結合粘性が果たす役割を調べ,集団的な分子配向構造の形成メカニズムを探る。本年度は、新たに開発した表面波励起流動複屈折スペクトロスコピー法と高分解能光散乱法により、液晶系におけるずり・配向・結合の3つの独立な輸送係数を世界で始めて独立に決定することに成功した。それぞれの温度依存性から、各粘性機構の障壁エネルギーを算出することができた。さらにこれまでの我々の研究により明らかとなっているネマティック-等方相転移における結合パラメータの臨界異常について、その原因が回転-並進結合粘性にあることを明らかにした。また1MHz以上の高周波領域でずり運動モードと分子の回転の動的カプリングを計測する定在波超音波複屈折法を用いて、液晶系における配向緩和を自由度間結合の支店から直接観察することを試みた。付随する成果として、音波周波数帯域を数MHzにまで拡張し、液晶緩和の全スペクトルを観察することが可能になった。