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メインコンテンツにスキップ グローバルメニューにスキップ | フッターにスキップ メニューボタン 対象者別 ">入学希望の方">卒業生の方">地域・一般の方">企業・メディアの方">在学生">教職員 探す アクセス Language JP EN TOPニュース・イベント【研究発表】泡沫の雪崩的緩和現象の解明 〜泡沫の弾性安定の起源に迫る〜https://www.tmu.ac.jp/news/topics/35523.html 2023.03.31 【研究発表】泡沫の雪崩的緩和現象の解明 〜泡沫の弾性安定の起源に迫る〜 報道発表 １.概要 　生クリームやカプチーノなどの食品から、ハンドソープや洗顔フォーム、食器洗い用洗剤の泡などの日用品、さらには消火用の泡まで、我々は様々な場面で泡沫（フォーム）を利用しています。泡沫は液体と気体で構成されているにも関わらず、長時間、形を保つことができます。外から力を加えたとき、形が変形した後に元に戻る場合やそのまま変形していくこともあります。これらの現象の起こりやすさについて、これまであまり理解されていませんでした。　東京都立大学大学院理学研究科物理学専攻の柳沢直也特任研究員（現：東京大学大学院総合文化研究科特任研究員）、栗田玲教授らの研究グループは、泡沫に微小な変化を加えたときに生じる液体分率による気泡の動きの差やそのイベント間の連動性について詳しく調べました。その結果、液体分率が５％程度で大きく気泡の動きが変化すること、また、雪崩的な運動は起きないことを発見しました。これは、泡沫の塊が弾性的（注１）な振る舞いを示す起源と関係しており、その安定性の理解につながったといえます。 　■本研究成果は、３月27日付けでNature Publishing Groupが発行する英文誌Scientific Reportsに発表されました。本研究の一部は、学術振興会科学研究費補助金（特別研究員奨励費No.20J11840および基盤B No.20H01874）の支援を受けて行われました。 ２.ポイント 泡沫の形状安定性を理解することは重要な課題でした。 液体分率によって、泡沫内部の構造緩和（注２）が大きく変化することを発見しました。 別の場所で起こる構造緩和間には連動性がない、つまり、雪崩的な運動は起きていないことを発見しました。 泡沫の弾性的な安定性の理解につながる結果が得られました。 ３.研究の背景 　泡沫とは、液体中に多数の気泡が高密度に詰まった状態であり、泡沫中の気泡同士は潰しあいながら液膜によって仕切られています。満員電車で人が動くときのように、気泡が動く時に周囲の気泡も動く必要があるため、弱い力では気泡は動くことができません。そのため、泡沫は重力下においても形状を保つことができます。外から泡沫に力を加え形状を変化させた後、外力を取り除いたとき、元に戻る場合（弾性変形）と戻らない場合（塑性変形）があります。これらの現象の起こりやすさについて、特に液体分率（注３）依存性については、まだよくわかっていませんでした。そこで、泡沫に微小変形を与え、そのときの内部構造の変化（緩和）の液体分率依存性を調べました。さらに、緩和イベント間の連動性についても観察し、雪崩的に構造が変化しているのかを調べました。 ４.研究の詳細 　本研究グループは、図１のように泡沫を中心に孔のあいたアクリル板で挟み、孔から少量の液体を注入する実験を行いました。少量の液体によって液体分率が変化し、それに伴い、気泡の運動が引き起こされます。この少量の液体分率の変化は、外から力を加えた場合と状況は異なりますが、類似の変化とみなすことができます。気泡の運動の観察結果に対して、研究グループが作成した画像解析ソフトウェアを用いて、気泡の変位、気泡の形状変化、近接気泡の変化などの内部構造変化を詳細に調べました。その結果、液体分率が低い時は、気泡の組み替えが順々に行われていく逐次的再配置が起こることがわかりました。１回１回の再配置は短時間で終わり、その再配置が隣に伝播していきます。一方、液体分率が高い時は、逐次的ではなく連続的再配置が起こります。このように、多数の気泡が同時に変位していき、再配置が起こることがわかりました（図２）。 図1　泡沫をアクリル板で挟み、中心に液体を少量加える。液体分率が変化に伴う内部構造の変化を上から観察し、変位などを画像解析から求める。 図２　気泡の変位速度の時間変化。再配置が起こると大きな変位速度を持つ。液体分率は(a) 0.019、(b) 0.034、 (c) 0.042、 (d) 0.047、 (e) 0.056、(f) 0.066。 dryでは逐次的再配置が、wetでは連続的再配置が起きている。 　液体分率が低く気泡が多面体になっている泡沫をdry泡沫、一方、液体分率が高く気泡が球状の泡沫をwet泡沫と呼びます。これまでの研究によって、dry泡沫では気泡の移動はかなり制限されており、wet泡沫ではその制限が弱くなることがわかっています。おおよそ液体分率５％程度でdry-wet転移が起こります。今回調べた逐次的再配置と連続的再配置の境界は、dry-wet転移と一致することがわかりました。また、長さスケールや時間スケールを調べてみると、この境界において連続であり、転移的な様子は見られませんでした。つまり、内部のミクロな運動モードが変化したために、再配置の様子が変化したことになります。このことは、再配置の仕方は違うものの、弾性安定性についての起源は同じであることを意味しています。　この再配置は泡沫内部のいろいろなところで起きます。そこで、その再配置イベント間の連動性について調べました。もし、連動性があった場合、一つの再配置イベントが他の場所のイベントを引き起こし、それが次のイベントを引き起こすという雪崩的な崩れ方をします。図３はある時間内に泡沫内部で起きた再配置イベントの確率分布を示しています。この確率分布はポアソン分布（注４）に従うことがわかりました。ポアソン分布はレアイベントが偶然的に起こる時に現れる分布であるため、この再配置イベントは偶然的に起きている現象であり、連動性はないことを意味しています。　以上のことから、泡沫の内部構造の変化については異なるものの、緩和の起源は同じであり、連動性もないため、泡沫の弾性安定性はどれだけ内部に気泡がつまっているかによって決まっていることがわかりました。これらによって泡沫の弾性安定の起源に迫る理解が深まりました。 図３　泡沫内部である時間内におこる再配置イベントの確率分布。青が実験値、赤がポアソン分布によるフィッテング曲線。ポアソン分布に従うことがわかりました。 【用語解説】 （注１）    弾性的：バネのように変形した後に力を解放した時に、元の状態に戻ること。（注２）    構造緩和：内部の構造が別の配置に変わっていく現象のこと。（注３）    液体分率：全体積中に対する液体の体積の割合。（注４）    ポアソン分布：ある事象が一定の時間内に発生する回数を表す離散確率分布のこと。事象の起きる確率は、それ以前に起こった事象の回数や起こり方には無関係という性質を持つ。 【論文情報】 タイトル：“Cross over to collective rearrangements near the dry-wet transition in two-dimensional foams”著者名：Naoya Yanagisawa and Rei Kurita雑誌名：Scientific Reports 13, 4939 (2023)DOI：10.1038/s41598-023-31577-w ５.問合せ先 （研究に関すること）東京都立大学大学院 理学研究科 教授 栗田 玲TEL：042-677-2505　E-mail: &＃107;&＃117;&＃x72;&＃x69;t&＃97;&＃x40;&＃x74;&＃x6d;&＃x75;&＃46;&＃97;&＃x63;&＃46;j&＃112; （大学に関すること）東京都公立大学法人東京都立大学管理部 企画広報課 広報係TEL：042-677-1806　E-mail: &＃105;&＃x6e;&＃x66;o&＃x40;&＃x6a;&＃109;&＃106;&＃x2e;&＃116;&＃x6d;&＃117;&＃46;&＃97;c&＃x2e;&＃106;&＃x70; 報道発表資料(1MB) ーーーーーーー 理学研究科 物理学専攻　栗田 玲 教授元のページに戻る 最新のニュース 2024.05.29 お知らせ 【重要】2024年度前期　一般学生　授業料減免申請 追加申請受付について 2024.05.24 お知らせ 【研究発表】一度の激しい運動がその後の身体活動量と体温を下げ体重を増やしてしまう 2024.05.17 お知らせ 【研究発表】溶液と固体の状態で円偏光を発光するキラルな亜鉛錯体の開発に成功－溶液と個体とで円偏光の回転方向が反転　新たな発光デバイスへの応用に期待－ 2024.05.16 お知らせ 【研究発表】過去77年間の小笠原諸島の植生変化を解明 －過去の人為的攪乱の履歴が、生態系の復元可能性に影響－ 2024.05.13 お知らせ 【研究発表】電気を流し、室温強磁性を示す希土類酸化物を発見－スピントロニクス材料としての応用に期待－ Page top 大学について学部・大学院教育の特長研究・産学公連携国際展開・留学学生生活・キャリア入試案内キャンパス・施設案内ニュース・イベントHOT TOPICS教員紹介 入学希望の方卒業生の方地域・一般の方企業・メディアの方在学生教職員 お問い合わせ関連リンクサイトマップサイトポリシープライバシーポリシーソーシャルメディアポリシーWEBマガジンメトロノワ調達・契約情報 ©2024 Tokyo Metropolitan Public University Corporation Follow Us都立大X都立大Channel Open/Close大学についてOpen/Close大学の目的・使命学長メッセージ学長メッセージ ＜メディア＞TMU Vision 2030Open/Close大学概要沿革組織図センター・機構学生数教職員数学則・規則施設概要設置認可申請書等東京都立大学の評価活動について数字で見る東京都立大学動画で見る東京都立大学シンボルマーク大学の校歌Open/Close教育情報の公表大学の教育研究上の目的・３ポリシー教育の3つのポリシー（学部）教育の3つのポリシー（大学院）教育研究上の基本組織アセスメント・ポリシー大学院（専門職大学院を除く）の学位論文審査基準授業に関すること成績評価基準、卒業・修了認定基準等メディア掲載Open/Close学部・大学院人文社会学部法学部経済経営学部理学部都市環境学部システムデザイン学部健康福祉学部Open/Close大学院 研究科・専攻一覧人文科学研究科法学政治学研究科経営学研究科理学研究科都市環境科学研究科システムデザイン研究科人間健康科学研究科大学院分野横断プログラム再編前の学部・大学院Open/Close教育の特長Open/Close革新的なカリキュラム基礎科目群教養科目群基盤科目群キャリア教育・インターンシッププログラム文理の枠を超えた履修推奨科目副専攻グローバル教育教職課程・学芸員養成課程文理教養プログラム学びのスタイル副専攻教職課程・学芸員養成課程教育基盤強化事業Open/Close教育改革推進事業首都大学東京 教育改革推進事業 FD活動都立大の教学IR ~Institutional Research~ベスト・ティーチング・アワードOpen/Close研究・産学公連携Open/Close研究センター、リサーチコア宇宙理学研究センター生命情報研究センター水道システム研究センター子ども・若者貧困研究センターソーシャルビッグデータ研究センター金融工学研究センター水素エネルギー社会構築推進研究センター医工連携研究センター量子物質理工学研究センターエネルギーインテグリティーシステム研究センター島嶼火山・都市災害研究センターコミュニティ･セントリック･システム研究センター言語の脳遺伝学リサーチコアサービスロボットインキュベーションハブリサーチコア（略称：serBOTinQ)高度研究東京都立大学 若手研究者等選抜型研究支援特別栄誉教授等制度・特別招聘教授制度共同研究・受託研究・学術相談・特定研究寄附金知的財産大学等発ベンチャー支援産学公連携スペース TMU Innovation Hub研究力強化推進プロジェクトローカル5G環境を活用した最先端研究都立大の先端研究に迫る傾斜的研究費一覧Open/Closeコンプライアンス・内部統制研究費の不正使用防止に対する取組（相談窓口・通報窓口の案内はこちら）研究活動の不正行為等防止に対する取組（通報窓口の案内はこちら）研究倫理利益相反マネージメント安全保障輸出管理Open/Close国際展開・留学多彩な留学制度／留学プログラムグローバル人材育成についてGlobal Discussion Camp（GDC）国連アカデミック・インパクト外国人留学生支援Open/Close国際交流協定協定校一覧（全学）(250KB)協定校一覧（部局間）(346KB)国際化基本方針国際化推進体制理学部生命科学科　英語課程 英語で学位が取得できるプログラムPickup！都立大の国際化 「東京都立大学ならではの体験ができる交換留学制度――異文化を肌で感じた記憶はその後の人生を変える」By 朝日新聞Thinkキャンパス広告記事Open/Close学生生活・キャリアOpen/Close学修サポート学生の修学支援主体的学修支援セミナーTA（ティーチングアシスタント）等Open/Close学生サポート学生相談室保健室ダイバーシティ推進室ボランティアセンター保険の加入学生課Open/Close施設の利用図書館連絡バス美術館の無料入場等学生寮などOpen/Closeキャンパスライフ学生広報チームpresents動画クラブ＆サークルFIND YOURSELF AT TMU(2.2MB)都立大生の1日VLOG！理系・文系の学生比べてみたBy朝日新聞YouTubeチャンネル【土佐兄弟の大学ドコイク】Open/Closeキャリア・就職キャリア支援・各種サポートキャリア支援課大学院進学Pickup！キャリア支援 「1年次から履修可能な現場体験型のキャリア授業で、未来の自分を考える」By 朝日新聞Thinkキャンパス広告記事学費・減免制度・奨学金制度等Open/Close入試案内Open/Close学部入試アドミッション・ポリシー学部入試概要【2024年5月24日更新】外部英語検定試験の利用について（2025年度以降一般選抜）インターネット出願入学者選抜要項・学生募集要項入試Q&A一般選抜の入試結果【2024年5月27日更新】(133KB)多様な選抜の入試結果【2024年4月26日更新】(146KB)募集人員【2023年7月7日更新】(313KB)オープンキャンパス・説明会資料請求・お問い合わせ入学考査料・入学料・授業料Open/Close学部入試制度改正2024年度2025年度2026年度Open/Close大学院入試大学院のシステムアドミッションポリシー大学院入試概要大学院学生募集要項大学院進学後の進路状況入学考査料・入学料・授業料資料請求・お問い合わせ大学案内・大学院案内Open/Closeキャンパス・施設案内キャンパスマップCampus Gallery図書館光の塔牧野標本館交通アクセスエコキャンパス・グリーンキャンパス電力使用状況イベントカレンダー教員紹介 入学希望の方卒業生の方地域・一般の方企業・メディアの方在学生 お問い合わせ関連リンクサイトマップサイトポリシープライバシーポリシーソーシャルメディアポリシーWEBマガジンメトロノワ調達・契約情報 JP EN Follow Us都立大X都立大Channel