新奇なコロイド粒子の創成とその物性研究
キーワード:コロイド、自己組織構造
2013.04~2015.03.



木村 康之(きむら やすゆき) | データ更新日:2022.06.10 |

主な研究テーマ
光を用いたミクロシステムの4次元操作
キーワード:時空間操作、光ピンセット
2011.04.
キーワード:時空間操作、光ピンセット
2011.04.
非線形物性測定法の開発とそれを用いたソフトマターの物性研究
キーワード:非線形, ソフトマター
2004.04.
キーワード:非線形, ソフトマター
2004.04.
光を用いたメソスコピックスケールでの物性測定
キーワード:光,メソスコピック,階層構造
2004.04.
キーワード:光,メソスコピック,階層構造
2004.04.
複雑流体の時空間パターンの研究
キーワード:複雑流体, 時空間パターン
2004.04.
キーワード:複雑流体, 時空間パターン
2004.04.
研究業績
主要著書
主要原著論文
1. | Tomohiro G. Noguchi, Yasutaka Iwashita and Yasuyuki Kimura, Controlled armoring of metal surfaces with metallodielectric patchy particles, 10.1063/1.5090440 , 150, 17, 174903-1 -174903-8, 2019.04. |
2. | Toyokazu Ikeda, Haruka Eitoku and Yasuyuki Kimura, AC electrophoretic mobility of individual microscale colloidal particles measured using holographic video microscopy , Applied Physics Letters, 10.1063/1.5088723, 114, 15, 153703-1-153703-4, 2019.04. |
3. | Ryotaro Koike, Yasutaka Iwashita, Yasuyuki Kimura, Emulsion Droplets Stabilized by Close-Packed Janus Regular Polygonal Particles, Langmuir, 10.1021/acs.langmuir.8b02323, 34, 41, 12394-12400, 2018.10, [URL], In Pickering-Ramsden emulsions, the packing structure of the colloidal particles at the liquid-liquid (or liquid-gas) interface significantly affects the structure and behavior of the emulsion. Here, using a series of platelike particles with regular polygonal shapes and Janus amphiphilicity, we created emulsion droplets stabilized by close-packed polygonal particles at the interface. The systematic variation of the particle morphology shows that the geometrical features of the regular polygons in (curved) planar packing dominate over the self-assembled structures. The structures are tessellations of triangular, square, and hexagonal particles at the surface for large droplets and regular tetrahedral, cubic, and dodecahedral particle shells of triangular, square, and pentagonal particles for small droplets, respectively. This work creates the possibility of geometrically designing the structure and functionality of emulsions.. |
4. | Mariko Suga, Saori Suda, Masatoshi Ichikawa, Yasuyuki Kimura, Self-propelled motion switching in nematic liquid crystal droplets in aqueous surfactant solutions, Physical Review E, 10.1103/PhysRevE.97.062703, 97, 6, 2018.06, [URL], The self-propelled motions of micron-sized nematic liquid crystal droplets in an aqueous surfactant solution have been studied by tracking individual droplets over long time periods. Switching between self-propelled modes is observed as the droplet size decreases at a nearly constant dissolution rate: from random to helical and then straight motion. The velocity of the droplet decreases with its size for straight and helical motions but is independent of size for random motion. The switching between helical and straight motions is found to be governed by the self-propelled velocity, and is confirmed by experiments at various surfactant concentrations. The helical motion appears along with a shifting of a point defect from the self-propelled direction of the droplet. The critical velocity for this shift of the defect position is found to be related with the Ericksen number, which is defined by the ratio of the viscous and elastic stresses. In a thin cell whose thickness is smaller than that of the initial droplet size, the droplets show more complex trajectories, including "figure-8s" and zigzags. The appearance of those characteristic motions is attributed to autochemotaxis of the droplet.. |
5. | Keita Saito, Shogo Okubo, Yasuyuki Kimura, Change in collective motion of colloidal particles driven by an optical vortex with driving force and spatial confinement, Soft Matter, 10.1039/c8sm00582f, 14, 29, 6037-6042, 2018.01, [URL], We studied the change in collective behavior of optically driven colloidal particles on a circular path. The particles are simultaneously driven by the orbital angular momentum of an optical vortex beam generated by holographic optical tweezers. The driving force is controlled by the topological charge l of the vortex. By varying the driving force and spatial confinement, four characteristic collective motions were observed. The collective behavior results from the interplay between the optical interaction, hydrodynamic interaction and spatial confinement. Varying the topological charge of an optical vortex not only induces changes in driving force but also alters the stability of three-dimensional optical trapping. The switch between dynamic clustering and stable clustering was observed in this manner. Decreasing the cell thickness diminishes the velocity of the respective particles and increases the spatial confinement. A jamming-like characteristic collective motion appears when the thickness is small and the topological charge is large. In this regime, a ring of equally-spaced doublets was spontaneously formed in systems composed of an even number of particles.. |
6. | Yasuyuki Kimura, Hydrodynamically induced collective motion of optically driven colloidal particles on a circular path, Journal of the Physical Society of Japan, 10.7566/JPSJ.86.101003, 86, 10, 2017.10, [URL], Among typical active matter such as self-propelled micro-objects, the characteristic collective motion originating from the hydrodynamic interaction between constituents has been observed in both biological and artificial systems. In illustrating such motion of micrometer-size particles in a one-dimensional optically driven system with a low Reynolds number, we highlight the importance of the hydrodynamic interaction. We show the appearance of regular stationary and dynamic arrangements resembling “crystals” or “clusters” observed in the equilibrium state. A transition in the collective motion has been observed by varying the hydrodynamic interaction in a system of two particle sizes and in a spatially confined system. An optical manipulation technique and the related hydrodynamic equations are also discussed. These are useful tools for elucidating the complex collective behavior of the hydrodynamically coupled micro-objects.. |
7. | Yasutaka Iwashita, Yasuyuki Kimura, Density dependence of orientational order in one-patch particles, Soft Matter, 10.1039/c7sm00565b, 13, 29, 4997-5007, 2017.06, [URL], Closely packed spherical patchy particles exhibit a range of orientationally ordered equilibrium structures depending on patch size and particle arrangement due to the existence of a sticky inter-patch interaction and rotational degrees of freedom. We experimentally study the packing density dependence of such ordering in particles with a thin deposited patch which imparts a shape anisotropy of a few percent in aspect ratio. These are confined between flat substrates with a chamber thickness of up to two particle layers. When the particles are tightly packed and almost in contact with each other, the anisotropic hard-body interaction dictates the orientational order. Thus, the order depends little on patch size, with rotational motion almost frozen. A small decrease in the density allows free rotational motion while translation is restricted to vibrational motion. This drastically changes the ordering mechanism, giving rise to a patch-size dependent equilibrium orientational order. Furthermore, within this density regime, we find yet another density-dependent transition within the tetragonal bilayer. This transition is reproduced by numerical simulation assuming no shape anisotropy, indicating that shape anisotropy is unnecessary for the transition and translational entropy significantly affects the equilibrium orientational order even in such a closely packed structure. Our study demonstrates the sensitivity of the ordering mechanism and the resulting order to the packing density, where the effect of such a tiny shape anisotropy is clearly observable owing to the patch opacity. The dependence of cluster structure in particle dispersions on patch size, confinement thickness and packing density is also reported.. |
8. | Tomohiro G Noguchi, Yasutaka Iwashtia, Yasuyuki Kimura, Dependence of the internal structure on water/particle volume ratio in an amphiphilic Janus particle–water–oil ternary system: from micelle-like clusters to emulsions of spherical droplets, Langmuir, 33, 1030-1036, 2017.01. |
9. | 田村優太, Yasuyuki Kimura, Two-dimensional assemblies of nematic colloids in homeotropic cells and their response to electric fields, Soft Matter, 12, 6817-6826 , 2016.09. |
10. | Yasutaka Iwashtia, Yasuyuki Kimura, Spatial confinement governs orientational order in patchy particles, Scientific reports, 6, 27599-1-27599-8, 2016.05. |
11. | 田村優太, 木村 康之, Fabrication of ring assemblies of nematic colloids and their electric response, APPLIED PHYSICS LETTERS, 10.1063/1.4939627, 108, 1, 2016.01. |
12. | Yasuyuki Kimura, Shogo Okubo, Dynamic clustering of driven colloidal particles on a circular path, PHYSICAL REVIEW E, 10.1103/PhysRevE.92.032303, 92, 3, 2015.09. |
13. | 岩下 靖孝, 木村 康之, Orientational order of one-patch colloidal particles in two dimensions, Soft Matter, 10, 7170, 2014.10. |
14. | 大久保省吾, 柴田就平, 木村 康之, Collective behavior of the optically driven particles on a circular path, 10.1117/12.2064338, 9164, 91641P-1-91641P-6, 2014.09, 粘性流体中で運動しているコロイドや微生物は流体力学的相互作用が働き、しばしば複雑な協同的挙動を示す。本研究では、光渦を用いて同じ円形の軌道上を運動している水中に分散した複数のコロイドの協同運動を観察した。粒子のクラスター化とその分裂を含んだ特徴的な協同運動が観測され、その動的パターンが軌道上の粒子数に依存していることがわかった。粒径の異なる粒子を含んだ系では、特定のクラスターが選択的に形成されることも明らかとなった。これら実験結果はオセーン近似による流体力学的相互作用および動径方向の光トラップ力を考慮した数値計算で再現することに成功した。. |
15. | 木村 康之, 井崎 邦義, Measurement of interparticle force between nematic colloids, Proceedings of SPIE, 10.1117/12.2064338, 9164, 9164O-1-9164O-7, 2014.09, 液晶中に分散したミクロンサイズのコロイド粒子は一様な液晶配向に対するトポロジカルな欠陥である。粒子は液晶の弾性エネルギーを増大させるために、粒子間には長距離かつ異方的な相互作用が誘起される。本研究では、光ピンセットを用いた様々な粒子間力測定法を報告する。粒子間力は粒子・欠陥対の種類に依存し、その粒子間距離依存性は静電アナロジーを用いた理論的なよそうとよく一致した。この異方的な力により、通常のコロイド水分散系では実現できない特徴的な構造体を構築することができる。我々、ネマチックコロイドにおける異方的力の有用性を示すために、光ピンセットを用いていくつかの特徴的な2次元構造体を作成した。. |
16. | 高橋健太郎, 木村 康之, Dynamics of colloidal particles in electrohydrodynamic convection of nematic liquid crystal, PHYSICAL REVIEW E, 10.1103/PhysRevE.90.012502, 90, 1, 012502-1-012502-5, 2014.07, ネマチック液晶の電気対流中でのミクロンサイズのコロイド粒子のダイナミクスを調べた。電気対流の閾値以上ではまず、液晶場に垂直に対流ロールが発生するが、粒子は1つのロールにトラップされて、対流により回転する様子が観察された。その際、角速度は電圧の増大に伴って単調に増大した。より高い電圧の下ではロール軸が時間的に揺らぎ、粒子はしばしば隣のロールに飛び移る様子が観察された。ロール軸に垂直方向の粒子の運動は長時間では拡散的となり、その実効的な拡散定数は分子拡散の場合の10^3–10^4倍となった。観察された粒子の運動を対流中での粒子輸送の簡単な確率的モデルによる結果を比較した。 実験で観測された拡散定数の増大をロール中の回転速度、ロール幅、隣接ロールへの遷移確率により定量的に説明することに成功した。. |
17. | 田中小百合, 沖佑馬, 木村 康之, Melting of a finite-sized two-dimensional colloidal crystal, Physical Review E, 10.1103/PhysRevE.89.052305, 89, 052305-1-052305-9, 2014.05, 有限サイズの2次元コロイド結晶の融解過程をビデオマイクロスコピーにより調べた。局所的な面積密度φとヘキサチック秩序ψ6を各ボロノイセルに対して求めた。結晶(クラスター)の中心からの距離の関数としてφと|ψ6|を求め、その時間変化を調べた。その結果、φはクラスター中ではほぼ一定の値を示し、その値が時間とともに単調に減少することがわかった。一方、|ψ6(r)|は初期過程では|ψ6| = 1の核が存在するが、その後、rの単調減少関数となることがわかった。さらに、ソフトコア粒子を用いた有限サイズ結晶の融解過程をブラウンダイナミクスシミュレーションを用いて調べ、融解過程における有限サイズ効果を確かめた。また、得られた結果は定性的に実験とよい一致をみた。. |
18. | Yasuyuki Kimura, Kuniyoshi Izaki, Hydrodynamic effects in the measurement of interparticle forces in nematic colloids, PHYSICAL REVIEW E, 10.1103/PhysRevE.88.054501, 88, 5, 2013.11. |
19. | Yasuyuki Kimura, yasutaka iwashtia, Stable cluster phase of Janus particles in two dimensions, Soft Matter, 10.1039/c3sm52146j, 9, 5, 2013.09. |
20. | Yasuyuki Kimura, Kuniyoshi Izaki, Interparticle force between different types of nematic colloids, PHYSICAL REVIEW E, 10.1103/PhysRevE.87.062507, 87, 6, 2013.06. |
21. | Yasuyuki Kimura, Takahiro Kishita, Kosuke Kita, Moboru Kondo, Nematic colloids - interaction between particles in anisotropic liquids , Journal of the Physical Society of Japana, 10.1143/JPSJS.81SA.SA007, 81, A, SA007-1-SA007-8, 2012.09. |
22. | Yuriko Sassa, Shuhei Shibata, yasutaka iwashtia, Yasuyuki Kimura, Hydrodynamically induced rhythmic motion of optically driven colloidal particles on a ring, PHYSICAL REVIEW E, 10.1103/PhysRevE.85.061402, 85, 6, 2012.06. |
23. | Takahiro Kishita, Noboru Kondo, Kenji Takahashi, Masatoshi Ichikawa, Jun-ichi Fukuda and Yasuyuki Kimura, Interparticle force in nematic colloids - comparison between experiment and theory , Physical Review E, 10.1103/PhysRevE.84.021704, 84, 2, 021704-1-9, 2011.08. |
24. | Naoki Yamamoto, Masatoshi Ichikawa, and Yasuyuki Kimura, Local mechanical properties of a hyperswollen lyotropic lamellar phase, Physical Review E, 82, 2, 021506-1~-8, 2010.08. |
25. | Hitoshi Uemura, Masatoshi Ichikawa, and Yasuyuki Kimura, Crossover behavior in static and dynamic properties of a single DNA molecule from three to quasi-two dimensions , Physical Review E, 81, 5, 051801-1~-7, 2010.05. |
26. | Takahiro Kishita, Kenji Takahashi, Masatoshi Ichikawa, Jun-ichi Fukuda and Yasuyuki Kimura, Arrangement dependence of interparticle force in nematic colloids, Physical Review E, 81, 1, 010701-1~-4, 2010.01. |
27. | Yoko Shitamichi, Masatoshi Ichikawa and Yasuyuki Kimura, Mechanical properties of a giant liposome studied using optical tweezers, Chemical Physics Letters, 479, pp.274-278 , 2009.09. |
28. | Yusuke Yoshida and Yasuyuki Kimura, Synchronization of Two Target Patterns, Journal of Physical Society of Japan, 78, pp.084801-1~-4, 2009.08. |
29. | Yasuyuki Kimura, Microrheology of Soft Matter, Journal of Physical Soceity of Japan, Vol.78, No.4, p.041005-1~-8, 2009.04. |
30. | Kosuke Kita, Masatoshi Ichikawa and Yasuyuki Kimura, Self-Assembly of Polymer Droplets in Nematic Liquid Crystal at Phase Separation, Physical Review E, vol. 77, pp.041702-1~-4, 2008.04. |
31. | Kenji Takahashi, Masatoshi Ichikawa and Yasuyuki Kimura, Direct measurement of force between colloidal particles in nematic liquid crystal, Journal of Physics: Condensed Matter, vol.20, 075106-1~-5. , 2008.02. |
32. | Kenji Takahashi, Masatoshi Ichikawa and Yasuyuki Kimura, Novel force between colloidal particles in a nematic liquid crystal studied by optical tweezers, Physical Review E, vol.77, pp.020703(R)-1~-4. , 2008.02. |
33. | Masatoshi Ichikawa, Koji Kubo, Kenichi Yoshikawa and Yasuyuki Kimura, Tilt control in optical tweezers, Journal of Biomedical Optics, vol. 13 (1), pp.010503-1~-3, 2008.02. |
34. | Yasuyuki Kimura and Daisuke Mizuno, Microrheology of a swollen lyotropic lamellar phase, Molecular Crystals and Liquid Crystals, vol.478, pp.3-13. , 2007.12. |
35. | M. Ichikawa, H. Ichikawa, K. Yoshikawa and Y. Kimura, Extension of a DNA Molecule by Local Heating with a Laser, Physical Review Letters, 99 (14), pp.148104, 2007.09. |
36. | Y. Kimura, T. Mori, A. Yamamoto and D. Mizuno, Hierarchical transport of nano-particles in lyotropic lamellar phase, Journal of Physics: condensed matter, 10.1088/0953-8984/17/31/021, 17, 31, S2937-S2942, vol.17, pp. S2937-2942, 2005.07. |
37. | D. Mizuno, Y. Kimura and R. Hayakawa, Electrophoretic microrheology of a dilute lamellar phase: Relaxation mechanisms in frequency-dependent mobility of nanometer-sized particles between soft membranes, Physcal Review E, vol 70, 011509-1-17, 2004.07. |
主要総説, 論評, 解説, 書評, 報告書等
主要学会発表等
学会活動
学協会役員等への就任
2014.10~2016.10, 日本物理学会, 代議員.
2011.09~2013.03, 日本物理学会, 運営委員.
2011.10~2013.03, 日本物理学会, 運営委員.
2010.10~2011.09, 日本物理学会, 領域12副代表.
2008.01~2011.12, 日本液晶学会, 物理物性フォーラム委員.
2003.01~2004.12, 日本液晶学会, 理事.
2004.01~2004.12, 日本液晶学会, 会誌編集委員長.
2003.01~2004.12, 日本液晶学会, 生体・リオトロピック液晶研究フォーラム主査.
2004.09~2005.08, 日本物理学会, 九州支部委員長.
学会大会・会議・シンポジウム等における役割
2021.09.25~2021.10.01, Optics of Liquid Crystal 2021, プログラム委員.
2020.07.07~2020.07.30, 10th Japanese-Itarian Joint Workshop on Liquid Crystal, プログラム委員長.
2019.11.30~2019.11.30, 第125回日本物理学会九州支部例会, 座長.
2019.03.14~2019.03.17, 第74回日本物理学会年次大会, 運営委員.
2018.07.23~2018.07.27, International Liquid Crystal Conference 2018, プログラム委員分野副委員長.
2013.11.30~2013.11.30, 日本物理学会九州支部例会, 座長(Chairmanship).
2012.09.26~2012.09.26, 第2回ソフトマター研究会, 座長(Chairmanship).
2012.02.20~2012.02.20, Phase transition dynamics in soft matter, 座長(Chairmanship).
2010.12.04~2010.12.04, 第116回日本物理学会九州支部例会, 座長(Chairmanship).
2009.09.13~2009.09.15, 日本液晶学会, 座長(Chairmanship).
2008.09.07~2008.09.09, 第61回界面化学討論会, 座長(Chairmanship).
2008.03, 日本物理学会第63回年次大会, 座長(Chairmanship).
2007.09, International Conference on Ferroelectric Liquid Crystals 2007 , 座長(Chairmanship).
2007.09, 応用物理学会2007年秋季大会, 座長(Chairmanship).
2007.09, 2007年日本液晶学会討論会, 座長(Chairmanship).
2005.09, 日本物理学会2005年秋季大会, 座長(Chairmanship).
2005.09, 2005年日本液晶学会討論会, 座長(Chairmanship).
2011.10~2017.10.09, ソフトマター研究会, 運営委員.
2012.09.24~2012.09.26, 第2回ソフトマター研究会, 実行委員長.
2010.09.05~2010.09.08, 2010年日本液晶学会講演会・討論会, 副実行委員長.
2008.09.07~2008.09.09, 第61回界面化学討論会, 現地実行委員.
学会誌・雑誌・著書の編集への参加状況
2003.01~2004.12, 日本液晶学会誌「液晶」, 国内, 編集委員長.
2005.04~2010.03, Japanese Journal of Applied Physics, 国内, 編集委員.
学術論文等の審査
年度 | 外国語雑誌査読論文数 | 日本語雑誌査読論文数 | 国際会議録査読論文数 | 国内会議録査読論文数 | 合計 |
---|---|---|---|---|---|
2021年度 | 5 | 25 | 30 | ||
2020年度 | 5 | 0 | 0 | 0 | 5 |
2019年度 | 5 | 0 | 0 | 0 | 5 |
2018年度 | 5 | 1 | 0 | 0 | 6 |
2017年度 | 5 | 5 | |||
2016年度 | 3 | 3 | |||
2015年度 | 3 | 3 | |||
2014年度 | 3 | 0 | 0 | 0 | 3 |
2013年度 | 4 | 4 | |||
2012年度 | 4 | 4 | |||
2011年度 | 3 | 3 | |||
2010年度 | 1 | 1 | |||
2009年度 | 1 | 1 | |||
2008年度 | 2 | 2 | |||
2007年度 | 2 | 0 | |||
2004年度 | 3 | 3 |
研究資金
科学研究費補助金の採択状況(文部科学省、日本学術振興会)
2020年度~2022年度, 基盤研究(B), 代表, 顕微イメージングを用いた非平衡ソフトマター不均一系の局所力学応答測定
.
.
2017年度~2019年度, 基盤研究(B), 代表, 時空間変化する非平衡ソフトマターの局所力学物性の解明.
2006年度~2010年度, 特定領域研究, 代表, ソフトマターのメソスコピック界面ダイナミクスとその応用.
2006年度~2007年度, 基盤研究(B), 代表, 3次元電気泳動顕微鏡の開発とそのソフトマテリアルへの応用.
2001年度~2002年度, 基盤研究(B), 代表, 複素電気泳動易動度スペクトロスコピーを用いた複雑流体のダイナミクスの研究.
2002年度~2003年度, 特定領域研究, 代表, ソフトマテリアルの電気泳動マイクロレオロジー(公募研究).
2004年度~2005年度, 基盤研究(B), 代表, レーザートラップ交流電気泳動光散乱法を用いた複雑流体の局所力学物性測定.
2008年度~2010年度, 基盤研究(B), 代表, 3次元マイクロレオロジーを用いたソフトマターの時空間階層構造の解明.
2011年度~2013年度, 基盤研究(B), 代表, マルチビーム3次元マイクロレオロジー顕微鏡の開発とそのソフトマターへの応用.
2013年度~2017年度, 新学術領域研究, 代表, 非熱的に駆動されたバイオマターの非平衡動力学.
2015年度~2016年度, 挑戦的萌芽研究, 代表, ネマチックコロイド分子が形成する異方的構造の研究.
2011年度~2012年度, 挑戦的萌芽研究, 代表, 液晶中の自己組織化を利用した3次元構造体の創製.
2013年度~2014年度, 挑戦的萌芽研究, 代表, エキゾチックコロイド系の新規時空間構造の研究.
2014年度~2016年度, 基盤研究(B), 代表, 交流アクティブマイクロレオロジーを用いたソフトマターのメゾダイナミクスの解明.


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