2025/06/13 更新

お知らせ

 

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コバヤシ フミアキ
小林 史明
KOBAYASHI FUMIAKI
所属
理学研究院 物理学部門 助教
理学部 物理学科(併任)
理学府 物理学専攻(併任)
職名
助教
連絡先
メールアドレス
電話番号
0928024090
プロフィール
ソフトマター物理学(液晶やコロイドを対象にゆらぎの観察やレオロジー測定を行ってきた)
外部リンク

学位

  • 博士(工学)

経歴

  • 九州大学 大学院 理学研究院 物理学部門 助教 

    2022年12月 - 現在

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研究テーマ・研究キーワード

  • 研究テーマ: ソフトマター,液晶,レオロジー,コロイド

    研究キーワード: ソフトマター,液晶,レオロジー,コロイド

    研究期間: 2025年

  • 研究テーマ: 液晶の電場誘起乱流による負の粘性

    研究キーワード: 液晶,レオロジー,乱流,非平衡系,ソフトマター

    研究期間: 2022年10月 - 2025年3月

  • 研究テーマ: Quincke粒子分散系の構造の観察とレオロジー測定

    研究キーワード: Quincke回転粒子,レオロジー測定,顕微鏡による構造観察

    研究期間: 2022年10月 - 2024年5月

論文

  • Negative viscosity of liquid crystals in the presence of turbulence: Conductivity dependence, phase diagram, and self-oscillation 査読

    Fumiaki Kobayashi, Yuji Sasaki, Shuji Fujii, Hiroshi Orihara, Tomoyuki Nagaya

    PHYSICAL REVIEW E   101 ( 2 )   2020年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Recently, we reported the discovery of enormous negative viscosity of a nematic liquid crystal in the presence of turbulence induced by ac electric fields, which enabled us to observe unique phenomena related to the negative viscosity, such as spontaneous shear flow, hysteresis in flow curves, and self-oscillation [Orihara et al., Phys. Rev. E 99, 012701 (2019)]. In the present paper, we report the rheological properties of another nematic liquid crystal, which is a homologue of the previous one. The properties of the present liquid crystal are strongly dependent on electrical conductivity. Three samples with different conductivities were prepared by changing the amount of an ionic dopant. It was found that the lowest-conductivity sample without dopant shows no negative viscosity whereas the other ion-doped samples exhibit negative viscosity with strong dependence on the frequency of the ac electric field, consistent with microscopic observations. Phase diagrams of the negative- and positive-viscosity states in the amplitude and frequency plane are constructed to show the conductivity effect. Furthermore, we propose a model to reproduce another type of self-oscillation found in the present study.

    DOI: 10.1103/PhysRevE.101.022702

  • Negative viscosity of a liquid crystal in the presence of turbulence 査読

    Hiroshi Orihara, Yuko Harada, Fumiaki Kobayashi, Yuji Sasaki, Shuji Fujii, Yuki Satou, Yoshitomo Goto, Tomoyuki Nagaya

    PHYSICAL REVIEW E   99 ( 1 )   2019年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We report on the discovery of enormous negative viscosity in a nematic liquid crystal in the presence of turbulence induced by electric fields. As the negative viscosity in this system is so large, we are able to observe several phenomena originating from it. For example, we observe a spontaneous shear flow that rotates the upper disk of a rheometer, as well as the reversal of the rotational direction upon applying an external torque in the opposite direction. Hysteresis loops are also observed in the shear-stress-shear-rate curves, which is reminiscent of those seen for ferromagnetic and ferroelectric materials. The similarities between the phenomena observed for our system and ferroic materials are comprehensively demonstrated, although the two systems are fundamentally different in that the former is out of equilibrium. We elucidate the origin of the negative viscosity and propose a simple model that reproduces the phenomena observed in this active fluid.

    DOI: 10.1103/PhysRevE.99.012701

  • Microscopic characterisation of self-assembled colloidal particles in electrohydrodynamic convection of a low-birefringence nematic liquid crystal

    Yoriaki Nishioka, Fumiaki Kobayashi, Nobutaka Sakurai, Yuji Sasaki, Hiroshi Orihara

    LIQUID CRYSTALS   43 ( 4 )   427 - 435   2016年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Electrokinetics of small particles immersed in anisotropic fluids is attracting attention in recent years. Here we focus on microscopic appearance of single as well as self-assembled particles moving in the electrohydrodynamic convection (EHC) of a nematic liquid crystal with low birefringence. Characterisation of the birefringent properties is made by polarised light microscopy under different illumination conditions. Because of the small optical anisotropy, the director distortion around the particles clearly exhibits distinctive colours on both sides depending on the height in the cell. The observation can be explained as the change in the net phase retardation of the light. It is also found that a caterpillar-like motion is possible by tuning temperature, although the horizontal size of the EHC rolls is relatively narrow.

    DOI: 10.1080/02678292.2015.1117146

  • Direct Visualization of Spatiotemporal Structure of Self-Assembled Colloidal Particles in Electrohydrodynamic Flow of a Nematic Liquid Crystal

    Yuji Sasaki, Hikaru Hoshikawa, Takafumi Seto, Fumiaki Kobayashi, V. S. R. Jampani, Stephan Herminghaus, Christian Bahr, Hiroshi Orihara

    LANGMUIR   31 ( 13 )   3815 - 3819   2015年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Characterization of spatiotemporal dynamics is of vital importance to soft matter systems far from equilibrium. Using a confocal laser scanning microscopy, we directly reveal three-dimensional motion of surface-modified particles in the electrohydrodynamic convection of a nematic liquid crystal. Particularly, visualizing a caterpillar-like motion of a self-assembled colloidal chain demonstrates the mechanism of the persistent transport enabled by the elastic, electric, and hydrodynamic contributions. We also precisely show how the particles' trajectory is spatially modified by simply changing the surface boundary condition.

    DOI: 10.1021/acs.langmuir.5b00450

講演・口頭発表等

  • Rheology of a suspension of particles subjected to Quincke rotation Electrically driven active particles in complex environments 種々の負の誘電異方性液晶における負の粘性 クインケ粒子の構造形成とレオロジー

    小林 史明,#河野 太一,#井出 健一郎,#齊藤圭太,木村 康之,@長屋 智之, @氏家 誠司, @折原 宏

    2024年5月 

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    開催年月日: 2024年5月

    記述言語:日本語  

    国名:日本国  

所属学協会

  • 日本物理学会,日本液晶学会,日本レオロジー学会,日本流体力学会

  • 日本物理学会,日本液晶学会,日本レオロジー学会,日本流体力学会

  • 日本液晶学会,日本物理学会,日本レオロジー学会,日本流体力学会

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 電場で誘起される液晶の自発流れの成長機構の解明

    研究課題/領域番号:23K22461  2022年4月 - 2026年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    長屋 智之, 折原 宏, 氏家 誠司, 内藤 裕義, 及川 典子, 小林 史明

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    資金種別:科研費

    粘性とは流れに対する抵抗なので一般に正の値である。しかし,我々はある種の液晶に交流電圧をかけると,液晶内に乱流が発生し,乱流の中に平均的な流れが起こり,粘性の測定値が負になる現象を発見した。負の粘性を示す液晶は増えており,液晶によって負の粘性の特徴も少しづつ異なる。本研究では,電場下における液晶の負の粘性の発現機構を解明することを目的とする。研究手法としては,粘度測定,顕微鏡観察,画像解析,数値シミュレーションを用いる。

    CiNii Research

  • 電場で誘起される液晶の自発流れの成長機構の解明

    2022年4月 - 2026年3月

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    担当区分:研究分担者  資金種別:その他産学連携による資金

  • 液晶乱流構造とレオロジー特性の解明

    研究課題/領域番号:21K13894  2021年 - 2024年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究

    小林 史明

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

    これまでに本グループの研究により,4つのシッフ塩基系液晶に高い交流電場を印加して乱流状態にすると,見かけの粘度が負になる現象が確認されている.このような負の粘性は自発的な流れを生むことから,無機構モーターなど新規流体デバイスへの応用が期待される.しかし,負の粘性はシッフ塩基系液晶でのみ確認されると共に,その粘度の物性値依存性は未だ未知の部分が多い.そこで,本研究では様々な液晶を用いて,負の粘性の探索やその物性値依存性を調べる.

    CiNii Research

  • 伊藤科学振興会研究助成(第54回(2021年度))

    2021年

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    資金種別:寄附金

教育活動概要

  • 2020年10月の着任より,学生実験を担当している.

担当授業科目

  • 物理学総合実験

    2024年4月 - 2024年9月   前期

  • 物理学総合実験

    2022年10月 - 2023年3月   後期