糖心破解版

相分离中の液滴の様子
液滴の界面の色は、界面上の浓度差を表す。赤い/青い色は、それぞれの液滴に対し、高い/低い浓度差を表す。矢印は液滴の界面上の流れ场を示す。
© 2015 Ryotaro Shimizu, Hajime Tanaka.

東京大学生产技术研究所の田中肇教授、清水涼太郎博士研究員の研究グループは、水と油の混合物でみられように、液滴が多数形成され、それらが衝突合体して成長（粗大化）するタイプの相分离（ドロップレット型）においては、液滴の規則的な運動によって相分离が進むとを明らかにしました。本成果は、これまで30年以上にわたり、この種の相分离は液滴が熱によって不規則に運動し、その結果他の液滴と偶発的に衝突することで進むという通説を覆すものです。

相分离は私たちの生活のさまざまな场面で见られる普遍的な现象で、サラダドレッシングをよく振ったあとに水と油が分离する际に见られます。液滴が成长する仕组みは、二つの液体の体积比によって异なることが知られています。特に、二つの液体の体积比が大きく小さくもない中间の场合には、液滴同士が衝突して合体することで粗大化が进むことが知られていました。

この液体の衝突と合体は、液滴の不规则な热运动（ブラウン运动）により駆动されると长年信じられてきましたが、同研究グループは液滴の大きさに応じて、その周囲に生じる液滴の浓度の分布を反映して规则的に运动していることをシミュレーションにより明らかにしました。具体的には、大きい液滴と小さい液滴が隣り合っている场合にはそれぞれ相手に近づくように、同じ大きさの场合には远ざかるように、规则的に运动します。この机构は、浓度拡散と流体输送の结合の结果として捉えることができます。

本成果は、相分离が二つの液体の体积の比率によらず、常に大きいドメインが小さいドメインを吸収して成长するという决定论的な法则、すなわち弱肉强食の原理に従っていることを强く示唆しおり、非平衡过程の时间発展の法则性を示したものと言えます。

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论文情报

Ryotaro Shimizu, Hajime Tanaka, "A novel coarsening mechanism of droplets in immiscible fluid mixtures", Nature Communications: 2015/06/16 (Japan time), doi:10.1038/ncomms8407.
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