コロイドゲルの物性研究：非平衡・平衡ゲルの弾性、塑性、振動、音波輸送

胶体凝胶物理性质研究：非平衡和平衡凝胶的弹性、塑性、振动和声音传输

基本信息

批准号：
22K03543
负责人：
水野英如
金额：
$ 2.25万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、コロイド粒子ゲルの固体物性を調べることを目的とする。特に本年度は、非平衡ゲルに焦点を当てて研究を実施した。分子動力学シミュレーションを用いて、以下の結果を得た。（１）レナード・ジョーンズポテンシャルによって模擬した粒子系を、気体・液体共存相の領域内で温度ゼロにまでクエンチすることによって、気体相と液体相の相分離過程が凍結した、非平衡ゲルを生成した。（２）得られたゲルに対して、構造解析を行った。一般的な構造解析の手法として動径分布関数や静的構造因子を計算するとともに、フラクタル構造の解析を行った。その結果、ゲルにはフラクタル構造が広がっていることを明らかにし、かつそのフラクタル構造のフラクタル次元、および特徴的な長さスケールを計測した。（３）線形応答理論を用いて、ゲルの弾性率を計算した。その結果、ゲルの極めて柔らかい弾性特性が、非アフィン変形によって実現されていることを明らかにした。（４）振動解析を行い、ゲルの固有振動状態を求めた。その結果、ゲルの柔らかい弾性に起因して、低周波数モードが大きく発達していることが分かった。また、これら低周波数モードはフォノン的な振動を示すことも明らかにした。特に興味深いことに、ガラスでみられたボゾンピークや局在化振動といった非フォノン振動がゲルでは観測されず、同じ不規則系であってもガラスとゲルでは大きく振動特性が異なっていることを明らかにできた。

这项研究旨在研究胶体颗粒凝胶的固体物理特性。特别是，今年的研究集中在非平衡凝胶上。使用分子动力学模拟，获得了以下结果。（1）产生非平衡凝胶，其中通过淬灭莱昂纳德·琼斯（Leonard-Jones）模拟的粒子系统来冻结气相和液相之间的相位分离过程，从而在气体液体并存阶段内的温度下进行了温度。（2）对获得的凝胶进行了结构分析。进行一般结构分析技术以计算径向分布功能和静态结构因子，并分析分形结构。结果，据揭示了凝胶具有较宽的分形结构，并测量了分形结构和特征长度尺度的分形尺寸。（3）使用线性响应理论计算凝胶的弹性模量。结果表明，凝胶的极其柔软的弹性特性是通过非伴随变形实现的。（4）进行振动分析以确定凝胶的自然振动态。结果，发现低频模式由于凝胶的软弹性而高度开发。还揭示了这些低频模式表现出类似语音子的振动。特别令人感兴趣的是，在凝胶中未观察到非音波振动，例如玻色子峰和玻璃中观察到的局部振动，很明显，即使有了相同的不规则系统，玻璃和凝胶之间的振动性能也有显着差异。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Vibrational properties of particulate physical gels

颗粒物理凝胶的振动特性

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
齋藤圭太;河野龍之助;小林史明;岩下靖孝;木村康之;Hideyuki Mizuno
通讯作者：
Hideyuki Mizuno

Computational Simulations of the Vibrational Properties of Glasses

玻璃振动特性的计算模拟

DOI：
10.1142/9781800612587_0010
发表时间：
2022
期刊：
Low-Temperature Thermal and Vibrational Properties of Disordered Solids: A Half-Century of Universal “Anomalies” of Glasses
影响因子：
0
作者：
Mizuno Hideyuki;Ikeda Atsushi
通讯作者：
Ikeda Atsushi

ガラス物理の最近の進展

玻璃物理学的最新进展

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
吉村渓冴;高橋宏幸;清野智大;西村涼汰;菅野耀広;髙橋優作;原智也;松山顕之;飛田健次;水野英如
通讯作者：
水野英如

Phonon transport properties of particulate physical gels

颗粒物理凝胶的声子传输特性

DOI：
10.1063/5.0090233
发表时间：
2022
期刊：
The Journal of Chemical Physics
影响因子：
0
作者：
Mizuno Hideyuki;Hachiya Makoto;Ikeda Atsushi
通讯作者：
Ikeda Atsushi

ガラスの限界安定性：ガラスの脆さを物理学で理解してみよう

玻璃的极限稳定性：让我们通过物理了解玻璃的脆弱性

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
加藤修三;David Garenne;Vincent Noireaux;前多裕介;水野英如
通讯作者：
水野英如

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水野英如其他文献

Fundamentals of High-Power Lasers

高功率激光器基础知识

DOI：
10.50868/pasj.19.4_177
发表时间：
2023
期刊：
Journal of the Particle Accelerator Society of Japan
影响因子：
0
作者：
吉村渓冴;高橋宏幸;清野智大;西村涼汰;菅野耀広;髙橋優作;原智也;松山顕之;飛田健次;水野英如;Marie Tani and Rei Kurita;富樫英;桐山博光
通讯作者：
桐山博光