Elucidation of the extraordinarily low friction at the isotropic-liquid crystal interface

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本研究の目的は，液晶-等方共存相の共存界面において「異常低摩擦」が生じることに注目し，その性質と機構を解明すること，及び，省エネルギー社会の実現に寄与し社会課題の解決に貢献する新しい手法を界面制御の観点から提案することである．共存界面における動的物性を観察するために，鏡映対称性の破れたカイラル液晶においてみられる「Lehmann効果」を利用した．カイラル液晶滴が等方相中に分散した系において，液晶滴に熱流を印加すると熱-力学交差相関によってトルクが生じ(Lehmann効果)，滴の回転が駆動される．滴の回転速度は，滴に生じるLehmannトルクと界面で生じる粘性トルクが釣り合うことで一定となる．本研究では，Lehmannトルクと粘性トルクを具体的に計算し，それらの釣り合いから滴の回転速度を実験で制御可能なパラメーターの関数として求めた．さらに，実際にこれらのパラメーターを変化させながら滴の回転速度を測定する実験を行い，理論的に求めた回転速度でフィッティングを行うことで，界面における粘性トルクの値を見積った．その結果，液晶-等方相界面における粘性トルクの値は通常期待される値よりも2桁程度小さくなることが分かった．これは液晶-等方相界面において摩擦が非常に小さくなる「異常低摩擦」が生じていることを示す結果である．社会課題の解決の革新的な手段の一つとして界面制御技術は注目を集めている．液晶-等方共存相における異常低摩擦界面は，エネルギー散逸の少ない界面として幅広い応用が期待される．