| Project Area | Rheology of disordered materials: Establishing Anankeon dynamics |
|---|
| Project/Area Number |
22H05040
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
|
|---|
| Research Institution | Oita University |
|---|
Principal Investigator |
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長屋 智之 大分大学, 理工学部, 教授 (00228058)
Ivan Lobzenko 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (30802293)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-05-20 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
|
| Budget Amount *help |
¥53,040,000 (Direct Cost: ¥40,800,000、Indirect Cost: ¥12,240,000)
Fiscal Year 2024: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
|
|---|
| Keywords | コロイド / レオロジー / 粘度 / 電気粘性効果 / シリカ / 構造不規則系 / 小角散乱 / 小角中性子散乱 / レオメーター / 相図 / コロイド結晶 / 相転移 / 小角X線散乱 / コロイドガラス / 構造解析 / 大気平衡 / 荷電シリカ分散計 / ゼータ電位 / 電気伝導度 / 荷電コロイド分散系 / pH / ガラス転移 / 荷電シリカ分散系 / 電気粘性 / シミュレーション |
|---|
| Outline of Research at the Start |
ナノ・マイクロサイズの荷電コロイド粒子が溶媒中に分散した荷電コロイド分散系は，多彩な外場応答性をもつ機能性流体である．塩添加で，その粘度が4桁以上も劇的に低下する電気粘性レオロジーは，流れ易さと動的構造変化を結びつける絶好の特異現象である．しかしながら，粒子配置の不規則性のために，レオロジー特性の理解が十分ではない．
本研究では，計算機シミュレーション，レオロジー測定，小角Ｘ線・光散乱実験を融合し，流れ場中の荷電コロイド分散系の動的構造変化の素過程，すなわち，動的素励起（アナンケオン）を特定かつ発生条件を定量化し，ミクロな動的素励起からマクロな電気粘性レオロジー特性の接続原理の解明を目的とする．
|
| Outline of Final Research Achievements |
Aqueous dispersions of nanoscale-size charged silica particles, often referred to as charged silica colloidal suspensions, are functional fluids exhibiting a wide range of responses to external fields. We established a reliable sample preparation protocol for charged silica colloids under atmospheric equilibrium conditions. By combining electrical conductivity and pH measurements with theoretical modeling, we successfully quantified the surface potential of colloidal particles and the concentrations of dissolved ions in water. The results showed good agreement with zeta potential measurements. Furthermore, small-angle scattering experiments enabled the construction of an equilibrium phase diagram for the colloidal system, offering critical insight into the glassy phase. Rheological measurements using a rheometer allowed us to construct a non-equilibrium state diagram, and the presence or absence of a yield stress revealed a clear colloidal crystal-liquid phase transition.
|
| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
液体やガラスの高精度な制御および基礎的な理解を深めるためには，原子や分子の動きがどのように物性の発現に繋がるのかを解明することが必要である．本研究では，液体モデルとして荷電シリカコロイド分散系に着目し，その塩誘起による電気粘性効果の解明を試みた．まず，実験系の構築が最優先され，これを実施した．さらに，実験データと理論的手法を駆使することにより，物性に大きな影響を与える粒子間相互作用の決定に成功した．この成果により，既存の理論の検証や現実系における計算機シミュレーションへの応用が期待される．本研究の結果は，構造不規則系の科学における重要な進展をもたらすものである。
|
