中性子その場測定で解き明かすイオン性界面活性剤による流動抵抗低減効果の発現機構
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22K05058
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発 |
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Principal Investigator |
岩瀬 裕希 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 副主任研究員 (70391266)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 中性子小角散乱 / レオロジー / 流動抵抗低減 / 紐状ミセル / 界面活性剤 / 中性子散乱 |
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| Outline of Research at the Start |
ヒートポンプなどの循環水にイオン性界面活性剤を添加すると、その粘性特性により配管内の流動抵抗が大幅に減少する。これは二酸化炭素の排出量削減や省エネ化に直結する。イオン性界面活性剤が形成した紐状ミセルの構造は流動印加によって変化する。この構造変化が流動抵抗低減（DR）に関与していると考えられているが、詳細は不明である。本研究は、中性子を活用したその場測定により、流動中に起きる紐状ミセルの微視的な構造変化と巨視的な変化との因果関係を解析する。これらの構造と同時に圧力損失を測定し、紐状ミセルの構造変化とDR性能の関係を調べる。以上の結果に基づき、イオン性界面活性剤によるDR効果の発現機構を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒートポンプなどの循環水にイオン性界面活性剤を添加すると、その粘性特性により配管内の流動抵抗が大幅に低減する（流動抵抗低減（DR））。この現象は、イオン性界面活性剤が溶液中で紐状のミセル構造を形成し、これが流動中に構造変化をしたり、凝集体を形成したりすることが関係していると言われているが、そのメカニズムは明らかになっていない。本研究では、流動中の紐状ミセルの構造変化とDR性能の関係性を明らかにするために、中性子散乱測定により、流動中に起きる紐状ミセルの微視的な構造変化と巨視的な凝集体形成の因果関係を解析する。さらに、SANS測定で得られる紐状ミセルの構造変化と、SANSと同時に測定される圧力損失測定の結果との比較から、流動抵抗の低減性能を支配する具体的な紐状ミセルの構造変化を明らかにすることを目指す。
2022年度には、本測定に不可欠な中性子測定用の流動抵抗試験装置の設計に取り組み、概ね設計を完了した。また、それと並行して、2023年度以降に流動抵抗試験を行うべき試料を精査するために、数種類のカチオン性および非イオン性の界面活性剤水溶液について、試料濃度や塩の添加による影響が紐状ミセル形成にどのような影響を及ぼすか、レオロジー測定、放射光X線小角散乱（SAXS）測定、流動場SANS（Shear-SANS）測定、さらに、レオロジーとSANSの同時測定（Rheo-SANS）などで調べた。これらの測定で得られた成果について、国内の学会などで発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年度中に中性子実験用流動抵抗試験装置をほぼ終了し、測定試料についてもほぼ決定することができたことから順調に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
中性子実験用流動抵抗試験装置の製作が完了した後、J-PARCの物質・生命科学実験施設（MLF）の中性子小角・広角散乱装置（TAIKAN）において、カチオン性界面活性剤水溶液について測定を行う。また、2023年度もレオロジー測定およびSANS測定を行い、測定すべき試料を探索する。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
