剪断流下のコロイド分散系における秩序発現の現象論

剪切流下胶体分散体系有序发展的现象学

基本信息

批准号：
09J10700
负责人：
観山正道
金额：
$ 0.9万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

非平衡定常系における秩序発現とこれに伴う相転移現象に関する理解を深めるために、剪断流下のコロイド分散系を舞台に主に数値計算を用いた研究を続けてきた。直径1μm程度の微粒子(コロイド粒子)が溶液中に安定して分散するコロイド分散系はソフトマターとよばれる物質群の代表例であり、様々な分野で重要な役割を果たしている。適切な条件下で、コロイド粒子は溶液中で規則正しい配置をとる、結晶化を起こすことが知られており、環境の条件を変化させることで、粒子配置に秩序のある結晶相と乱雑な配置をとる液体相との間の相転移が観察される。平衡条件下での相転移の振る舞いは平衡統計熱力学によりよく理解されているが、剪断流下ではどうなるのか。前年度までの成果により、勢断流下の秩序発現の特徴付け、秩序相の明確な定義は明らかにされたが、これを踏まえて、相転移の性質が剪断を加えることでどのように変化するのかを数値実験により議論した。ここでの相転移の性質とは、相転移の次数や臨界現象の存在の有無を意味する。この結果、わずかな剪断が加わったときでも、核生成によって特徴づけられる1次転移から臨界ゆらぎによって特徴づけられる2次転移になることを見出した。具体的には、回転対称性の破れを定量化する秩序変数を使って、結晶の融解時間のパラメータ依存性を議論することで、微妙な問題に対して綺麗な証拠を提出することができた。平衡条件下では転移点に近づくにつれ、融解時間は核生成過程の顕れであるVogel-Fulcher型の発散を示すのに対し、剪断流下ではべき的な発散を示し、これは2次転移のような臨界緩和の存在を示唆している。ただし、相関長の発散の直接的検証や簡単な模型による普遍性の調査など、今後調べるべき課題は残されている。以上の結果はPhysical Review E: Rapid Communicationにおいて公表済みである。

为了加深我们对非平衡稳态系统和相关的相变现象中的顺序表达的理解，我们利用数值计算主要在剪切流下的胶体分散阶段继续进行了研究。在溶液中稳定分散的细颗粒（胶体颗粒）的胶体分散体是称为软物质的物质的代表性实例，并在各个领域中起着重要作用。在适当的条件下，已知胶体颗粒会经历结晶并在溶液中进行定期排列，并且通过改变环境条件，可以观察到具有有序颗粒排列的结晶相之间的相变和具有随机排列的液相。平衡统计热力学在平衡条件下的相变的行为可以很好地理解，但是在剪切流下会发生什么？直到上一年的结果揭示了流动流动中订单表达的表征，以及对有序阶段的明确定义。基于此，我们讨论了数值实验，相变的性能如何随着剪切的添加而变化。相位过渡的特性是指相变的程度以及是否存在关键现象。结果，即使施加了轻微的剪切，也发现从以核定为特征的一阶跃迁到以临界波动为特征的二阶过渡。具体而言，通过使用量化旋转对称性破裂的阶变量讨论晶体熔化时间的参数依赖性，我们能够为微妙的问题提供简洁的证据。在均衡条件下，随着过渡点接近，熔化时间表明vogel-fulcher型的差异是成核过程的表现，而在剪切流下，它表明存在临界松弛的存在，例如二阶过渡。但是，将来仍有一些问题要研究，例如使用简单模型直接验证相关长度的差异和对普遍性的调查。上述结果已经发表在物理评论E：快速沟通中。