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理学部 物理学科
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新素材を生み出す柔らかい物质、「ソフトマター」って何？
アメリカで政府を挙げて研究を推进
物质の构造や机能などを研究する物性物理学の分野では、いま、「ソフトマター」が注目を集めています。ソフトマターとは、ある特定の物质のことではなく、柔らかい性质を持つ物质の総称です。ゴム、プラスチックなどから、ゼリーやマヨネーズのような食べ物まで、私たちの身のまわりのあらゆるところに存在しています。ソフトマターの秘めている可能性の大きさから、アメリカでは政府を挙げて研究に取り组んでいるほどです。
弱い力で大きな応答
ソフトマターの物理的な面での大きな特徴は、「弱い力に対して大きな応答を示す」という点にあります。金属などは、指で押しても変形しづらいですが、ソフトマターを押すと、変形しやすく元に戻る力が働きます。ゼリーなどを想像するとわかるでしょう。変形しやすいということは、小さい力でコントロールできるということです。
そうした特性を生かして、ソフトマターを利用した多机能新规材料が次々と开発されています。例えば、液晶ディスプレイもそのひとつです。ソフトマターは构造が复雑であるため、製品开発においては、なぜそうした応答を见せるのかといった、原理的な部分がわからないまま、経験则で使用してきた面があります。复雑な构造と特性をシンプルにモデル化することで、その原理を解明しようという研究が进められています。
ソフトマターで、生命の秘密にも迫る？
実は、生物の体もほとんどがソフトマターでできていると言うことができます。つまり、ソフトマターを研究していくと、生体をモデリングすることも可能になるのです。例えば、モリアオガエルは、水辺の树上に泡状の卵块と呼ばれるものを作り、その中に产卵します。卵块は、卵が孵化（ふか）するまで守り、ほどよい时期になると、下の水面にオタマジャクシを落とします。こうした不思议な特性を持つ物质を调べることは、新素材の开発だけでなく、生体机能の解明につながっていく可能性を秘めているのです。
身近にあっても谜だらけ！ 「ソフトマター」の不思议を解明せよ！
「ソフトマター」って何？
ソフトマターとは、ゴム、プラスチックから、ゼリーやマヨネーズなど、柔らかい性质を持つ物质の総称です。私たちの身のまわりのあらゆるところに使用されているソフトマターは、机能性新规材料を开発するための有効な素材として、研究が进められています。液晶ディスプレイのような工业製品だけではなく、食品や医薬など、あらゆる分野に利用できる可能性を秘めた素材として、注目を集めています。
固体であって固体でない？
ソフトマターは、固体と液体の中间状态であり、固体や液体、気体の特徴を同时に持つこともあります。ゼラチンなどのゲル状物质は、热を加えると流动性を持つゾル状になり、内部で対流现象が起こり始めます。発泡スチロールは、固体と気体の性质をあわせ持った素材です。ガラスも、ソフトマターの一种として知られています。常温では固いですが、液体のような构造と特性を秘めているのです。
温度変化で姿を変えるその実态を探る
ソフトマターの大きな特徴としては、温度や圧力など、环境の変化に影响を受けやすいという点が挙げられます。洗剤の材料として使われている界面活性剤は、水に入れると、自発的に集合体を形成することが知られています。自然とかたまりを作るのです。それらの集合体は、温度変化に敏感で、温度勾配という温度の「むら」を作ってやると、浓度勾配、つまり浓度の「むら」が诱発されます。温度と浓度が复雑に影响し合い、物质の动きも复雑になります。その复雑な変化を、いかにシンプルにモデル化していくかが、研究の课题となります。
こうした温度勾配は、実験室で人工的に作り出すのですが、実は日常生活においては、均一な気温であることのほうが珍しく、常に不均一な温度変化にさらされていると言えます。ソフトマターの温度勾配下での変化を研究することは、日常の空间において、ソフトマターがどういう性质を示すのか、ということの研究にもつながっているというわけです。
高校生?受験生の皆さんへのメッセージ
あなたは物理に対して、难しい学问だという印象を持っていませんか？ でも実际には、「知りたい」という兴味がとても大事な学问です。私たちの身のまわりには、不思议に思えることがたくさんあります。その、たくさんの不思议について「知りたい」と思える感性を大切にして、「谁かが知っているだろう」で済ませるのではなく、自分で兴味を持って取り组んでください。难しいか简単か、ではなくて、兴味があるかないかで、勉强する方向、进むべき道を决めてほしいと思います。
梦ナビ编集部监修
