Research Abstract

水面上を急速に拡がる油滴の空間秩序の発展  OPEN ブックマーク

The evolution of spatial ordering of oil drops fast spreading on a water surface

2015年5月22日 Nature Communications 6 : 7189 doi: 10.1038/ncomms8189 (2015)

時間発展しながら自ら空間パターンを形成するといった、新規な現象についての論文。液―液界面での脱ぬれ転移に伴い、液滴の集団が自己秩序化し、それが経時的に異なるパターンに発展することを見出した。この動的な現象は、お互いに難溶性のフッ素系油(perfluorooctyl bromide, PFOB)の薄い液体層を水面上に静置することによって生じる。PFOBの緩慢な蒸発に伴い、2次元のPFOB層中に、円形の空孔が生成し、この空孔に沿って液的が真珠の首輪のような形状で自律的に配列する。次の段階では、液滴の直線状アレイが空孔の中心から放射状に生成される。更には、こうした一次元配列が、集団的で律動的な収縮・膨張運動を通して、二次元の六角形アレイに発展する。こうした時間発展する特徴的な液滴の配列パターンの出現は、非平衡散逸条件下での脱ぬれ転移の非線形特性を考慮するにより理論的に説明される。

Daigo Yamamoto, Chika Nakajima, Akihisa Shioi, Marie Pierre Krafft & Kenichi Yoshikawa

Corresponding Authors

山本 大吾
同志社大学 理工学部 化学システム創成工学科

Marie Pierre Krafft

The design of dynamically self-assembled systems is of high interest in science and technology. Here, we report a unique cascade in the self-ordering of droplets accompanied by a dewetting transition. The dynamic self-emergent droplets are observed when a thin liquid layer of an immiscible fluorocarbon oil (perfluorooctyl bromide, PFOB) is placed on a water surface. Due to the gradual evaporation of PFOB, a circular PFOB-free domain appears as a result of a local dewetting transition. A circular pearling structure is generated at the rim with the growth of the dewetting hole. As the next stage, linear arrays of droplets are generated in a radial manner from the centre of the hole. These one-dimensional arrangements then evolve into two-dimensional hexagonal arrays of microdroplets through collective rhythmical shrinking/expanding motions. The emergence of such dynamic patterns is discussed in terms of the nonlinear kinetics of the dewetting transition under thermodynamically dissipative conditions.