多階層系での非線形非平衡物理:化学力学結合の縮約法の構築と応用

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系を平衡から大きく離れた状況に系を設定することでマクロに秩序を持った時空間構造すなわち散逸構造が生じることが知られている。本研究計画ではそのような散逸構造の中でも化学力学結合の見られる系、特に空間階層構造をもつソフトマター系に着目し研究を行った。以下に具体的系に研究を進めた系を列挙する1.会合体形成をする系会合体が界面近傍で生成する系では会合体の弾性の効果により液滴が変形を示すことが我々の過去の研究により明らかとなっている。我々はこの系の変形様相を定量的に分析し,生成する変形のサイズが液滴の半径に対して-1/2の依存性を持つことを明らかとした.またこれまでの研究を延長することで,このような-1/2の依存性を理論的に明らかとした.本研究の成果は論文1として取りまとめられ,その論文はHot Articleとして紹介された(http://blogs.rsc.org/sm/2011/03/24/hot-article-dynamical-blebbing/).2.単一緩和時間を持つ粘弾性流体CTAB/NaSal混合水溶液系はひも状のミセルが形成されある混合比では単一緩和のMaxwell流体としてふるまう.我々はこのような試料を重力に対して垂直に設置した回転円筒内部に設置し,接触線のダイナミクスを研究した.すると回転が低速度である場合試料は粘性流体と同様に薄膜の形成を行うのに対し,回転速度を増大させると薄膜生成の失敗が生じることを見出した.また,これらをスケーリング的に議論することにより,薄膜形成の失敗を理解することに成功した,このような粘弾性体の接触線ダイナミクスは化学力学結合の帰結という理学的に興味深い結果であるのみならず,塗工過程などの工学上のプロセスにおいて重要である.これらの結果に関して現在論文を執筆中である.3.マランゴニ効果界面活性剤のバルクから液滴への流れが存在する系では、マランゴニ流が液滴とバルク界面において生成し、液滴の運動が生じることが知られている.このような球状の液滴に対して,Stokes近似を用いるとマランゴニ効果による,液滴の変形・並進運動を解析的に書き下すことが可能となる.我々はこの系にたいして,内部で生じる化学波と表面張力が結合した系を実験的に構築し理論・実験の対比を行った.本研究は現在論文として取りまとめ投稿中である.