分子シミュレーションによる複雑液体のシア-誘起相転移現象の解明

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レオロジーの観点から「複雑液体とは何か?」について考えた場合、一つの見方として非ニュートン性(粘性率がせん断速度に依存すること)を示す液体を複雑液体ととらえることができる。非ニュートン性を示す液体としては、高分子液体・コロイド分散溶液・非相溶混合液体などがよく知られているが、これらの液体では非ニュートン性とそれをもたらす流動下での液体内部の構造の変化との関係はかなりはっきり理解されている。ところでガラスも非常に大きな非ニュートン性を示す液体の一つとして知られているが、この場合には高分子液体などと異なりどのような内部構造の変化が非ニュートン性をもたらすのか全く分かっていない。我々は本研究においてこの点を明らかにすべく、分子動力学シミュレーションを用いてガラスのレオロジー性質と流動下での構造を研究した。本研究では大きさの違う2成分ソフトコア粒子の混合系を用いた。また、可視化によるデータ解析を容易にするためシステムの次元は2次元とした。まず、今回のモデルが過冷却液体ではほとんどニュートン流体であるが、ガラスになると非常に大きな非ニュートン性を示すことを確認した。またガラスでは小さなせん断速度領域においてせん断速度-せん断応力曲線にプラトー的な挙動がみられる。この挙動は高分子液体・コロイド分散液でも共通して見られる現象である。次に流動下での構造を解析することにより、ガラス内部には固体的で変形しにくい部分と比較的変形しやすい液体的な部分が共存しているということを示していた。我々はこのような2つの状態の共存が何らかの形でガラスの非ニュートン性に関係していると考えているが、それを示す簡単なピクチャーはまだ明確でなく、それを明らかにするのが今後の大きな課題である。