Real-time Observation of Microstructural Dynamic Process in Colloidal Solution under Dilatant Phenomena
| Project/Area Number |
21K13890
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
赤田 圭史 筑波大学, 数理物質系, 助教 (50815892)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | レオロジー / 非ニュートン流体 / 小角散乱 / コロイド / コロイド溶液 / 小角X線散乱 |
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| Outline of Research at the Start |
一部のコロイド懸濁液では，せん断応力を印加すると粘度が増大するダイラタント特性を示す。本研究ではこのメカニズムの解明のために，せん断応力を印加しながらの動的な観察を試みる。独自開発したX線透過溶液セルを使用し、放射光を利用した先端計測技術により、リアルタイムでのダイラタント機構の観察を行う。せん断を加えた時のコロイド粒子のクラスター化や，添加物の構造化をリアルタイム観察し，理論計算と比較することで，ダイラタント現象を担うコロイド粒子の凝集化プロセスを学術的に解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
多くのコロイド懸濁液はせん断に対して非ニュートン流体的な応答を示す。特にせん断応力を印加すると粘度が増大する特性はシアシックニング（ダイラタント）と呼ばれる。この現象はパイプの詰まりの要因となる一方、衝撃で硬化する特徴を活かした衝撃吸収材等への応用も見込まれてており，特性制御のための現象の機構解明が望まれる。
シアシックニングはせん断を加えた動的なプロセスで発生するので，応力印加と物性計測を同時に行う必要がある。本研究ではX線透過レオメーターセルを使った粘度と小角X線散乱(SAXS)と極小角X線散乱(USAXS)の同時測定（Rheo-SAXS/USAXS）によって，リアルタイム構造観察によるシリカとポリマーの凝集プロセス解明に取り組んだ。実験の結果、粘度増加に伴いシリカが凝集した楕円形のfloc構造が形成され，流れに平行に整列し、粒子間隔も流れ方向に圧縮されていることが判明した。これはダイラタントの発生において，ポリマーによるシリカ粒子間の架橋が重要な要因であることを示す。
本研究ではRheo-SAXS/USAXS測定に対してトリガーシステムを組み合わせることで、msecの高速な時間分解測定を可能にした。この技術開発はこれまで未解明であったシアシックニングが発生する過渡現象を明らかにするものである。
さらにピエゾ動作する自作せん断セルも開発し、μLの微小量サンプルに対して、せん断同時計測が可能になった。
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Report
(3 results)
Research Products
(11 results)
