コロイドゲルの生成ダイナミクスとレオロジー

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コロイド分散系は、密度や相互作用を調節することにより、ガラスやゲルなど様々なアモルファス構造を作る。特に我々は、このコロイドガラスやコロイドゲルのダイナミクスに興味を持って研究を行った。まず、ゲルの生成過程では分散媒である液体とコロイド粒子の間の相互作用、所謂流体力学相互作用が大きな影響を及ぼすと考えられている。我々は、山本らが開発した手法を用いた大規模な数値計算により、流体力学的な効果を2次元と3次元について考察を行った。また、ゲルとガラスとの違いを明確に示す、ミニマルモデルとしてランダム分散系における、動的凍結現象を調べた。数値計算と理論的考察により、二つのアモルファス構造間の明確なクロスオーバや、非常に多彩なダイナミクスの全貌を明らかにした。一方、引力と静電斥力の競合により形成される、有限サイズのコロイド・クラスター形成の有無について実験的な探索も行った。その結果、サイズ差が顕著な2成分コロイド系、コロイド・カーボンナノチューブの混合系、ならびにカチオン性タンパク質の3系において、明瞭なクラスター形成を確認した。さらに、ゲルやガラスの参照系として結晶相についての理論的検討を新たに加えた。具体的には、コロイドが可視光波長程度の格子定数で結晶化する際に重要な役割を果たしていると考えられる、クーロン相互作用由来の強相関状態について定式化を行い、従来提案されてきた様々な強結合理論の統一化を実現した。