等温条件で働くマイクロ化学マシン

等温条件下工作的微量化学机

基本信息

批准号：
18651072
负责人：
吉川研一
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18651072/
关键词：
分子機械 Marangoni効果界面張力エネルギー変換自発運動 Maragoni効果

项目摘要

非平衡・等温条件下における化学エネルギーから運動エネルギーへの返還の原理を解明することは、熱機関を介さない高効率のエネルギー変換の実現にもつながる重要な分野横断的研究課題である。これまでに、我々は非平衡・等温条件下でエネルギー変換する系の普遍的性質を理解するために有効なモデル系として、溶質マランゴニにより駆動され、自発的に運動する液滴の系に注目し研究を進めてきた。これらの知見により、自発運動する液滴において、非平衡開放条件に見られる空間構造形成と自発運動の協同効果が重要であることが見出されており、この効果が非平衡等温条件下でのエネルギー変換の基本メカニズムになっていると推測している。そこで本萌芽研究では、界面活性剤水溶液中でのガラス基板上の油滴の自発的運動、水・アルコール系におけるアルコール液滴の自発的運動などという、溶質マランゴニ効果により駆動される比較的単純な現実空間でのモデル実験を通して、このような仮説を検証、深化させることを目的として実験を進めている。このような目的の元、研究を推進した結果、本年度は以下のような成果を得た:・油・水・界面活性剤系において弾性体生成と崩壊が応力と直接に結合することで、油水界面が変形する不安定性を見出し、その機構に関して解明した。・上記の結果に関連し、油水界面の変形に伴い、液滴が並進運動する系を見出した。・水-アルコール界面の振動不安定性に関して詳細に観察したところ、界面上を波動が伝播すること及び定在波が存在することを見出した。これはマイクロ化学マシンの機構として提唱していた、化学マランゴニ効果の詳細を明らかにする上で重要な発見である。・上記の結果と関連しマランゴニ効果の縮約法に関して、理論的考察を得つつある

阐明非平衡等温条件下化学能返回动能的原理是一个重要的跨学科研究课题，将导致实现不涉及热机的高效能量转换。到目前为止，我们重点关注由溶质马兰戈尼驱动并自发移动的液滴系统，作为理解非平衡和等温条件下能量转换系统的普遍性质的有效模型系统。基于这些发现，发现在非平衡开放条件下观察到的空间结构形成和自发运动的协同效应对于自发运动的液滴很重要，并且推测这种效应在非平衡等温条件下也很重要。这就是能量转换的基本机制。因此，在这项探索性研究中，我们专注于由溶质马兰戈尼效应驱动的相对简单的方法，例如表面活性剂水溶液中玻璃基板上油滴的自发运动以及水-醇体系中醇滴的自发运动我们正在进行实验的目的是通过现实空间中的模型实验来验证和深化这些假设。基于这些目标推进研究，今年我们获得了以下成果：・在油/水/表面活性剂系统中，弹性体的形成和破坏与应力直接耦合，导致油和水的不稳定。界面变形并阐明其机制。・与上述结果相关，我们发现了随着油水界面变形而液滴平移移动的系统。・对水-醇界面的振动不稳定性进行详细观察后，我们发现波在界面上传播并且存在驻波。这是澄清化学马兰戈尼效应细节的重要发现，该效应被提出作为微化学机器的一种机制。・根据上述结果，正在对马兰戈尼效应的减少方法进行理论思考。