• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Structure and rheology of complex particle suspensions

Research Project

Project/Area Number 23K03343
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

名嘉山 祥也  九州大学, 工学研究院, 准教授 (10422982)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2027-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords粘弾性流体 / 複雑流体 / 分散系 / レオロジー
Outline of Research at the Start

多くの工業材料(ペースト,インクなど)は複雑媒質に微粒子を分散させた複雑流体粒子分散系である.これら材料のプロセッシングでは,材料は強い流動による非平衡状態にあるが,条件によって粒子集団が自発的に構造形成する場合がある.本研究では,粒子秩序化の背後にある非平衡ダイナミクスの解明に取り組む.その成果は,複雑流体と粒子の相互作用物理に基づく分散系のレオロジー制御(材料選択,欠陥制御や厚み制御などプロセス最適化)および材料プロセッシングの高度化へ寄与する.

Outline of Annual Research Achievements

高分子溶液に分散した微粒子分散系のブラウン運動の直接数値計算について検討した.流体力学を考慮した微粒子ブラウン運動の直接数値計算は,従来単純液体を想定したニュートン流体を分散媒とした系の研究が中心であった.一方で,流体の粘弾性を考慮したブラウン運動の直接数値計算はわずかしか取り組みがなかった.非平衡熱力学と粘弾性構成方程式にもとづいて,流体の熱ゆらぎを物理的にコンシステントの解く直接数値計算の開発に取り組んだ.熱ゆらぎに駆動される粘弾性流れを解くには,単純流体の場合でも考慮されている運動量輸送におけるランダム応力を考慮するだけでなく,流体の弾性自由度にたいするランダム力を考慮する必要がある.そのために熱力学的にコンシステントな揺動粘弾性流体の枠組みにもとづく直接数値計算の実装の取り組みをすすめている.
粘弾性流体中に分散した自己駆動粒子の運動を解析する直接数値計算の開発を行った.自己駆動粒子は自らの周囲に流れを誘起して自発的推進する.流体の粘弾性は,自己駆動粒子の過渡的挙動と定常状態の速度の両方に影響を与えることを見出した.自己駆動粒子がつくる粒子回りの旋回流があると遊泳速度が大幅に向上することを見出した.旋回流は粒子周囲の流体を伸長し,弾性応力を誘起する.この効果が粒子の前後で非対称であることによって,遊泳速度を大きく変調する.また,液体の弾性成分と粘性成分の混合比によって,遊泳速度変調の効果が変化し,最適な粘弾性流体があることが示唆された.これらの知見は,複雑流体において遊泳する微生物などの挙動を理解する上で重要である.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究実施計画の一部を行い,査読あり研究論文4報を学術誌に発表した.また10件の学会発表(うち国際学会6件)を行い,おおむね順調に進展している.

Strategy for Future Research Activity

粘弾性流体中のコロイド粒子の拡散を検討する.媒質の熱ゆらぎを駆動力とする微粒子のブラウン運動を解析し,媒質の粘弾性レオロジー特性とブラウン運動の平均自乗変位の関係を明らかにする.さらに,非平衡粒子構造形成下のレオロジーと拡散の関係に基づくレオロジー解析の可能性について検討する.溶媒分子の熱ゆらぎによるコロイド粒子のブラウン運動は,流体力学的相互作用による長時間相関(流体力学的メモリー)と,媒質の粘弾性による緩和過程(弾性メモリー)の影響を直接反映する.両者のタイムスケールは同程度であるため,これらの間の相互作用がどのようになるか,そして複雑流体中の拡散は媒質レオロジーにどのように依存するか,について検討する.本検討を行うために,媒質の粘弾性流体に,粘性応力だけでなく複雑流体の内部構造についての揺動散逸定理を満たすような熱ゆらぎの実装を開発し,複雑流体中の熱ゆらぎを駆動力としたブラウン運動の直接数値計算の開発を行う.非平衡粒子構造形成下では,ブラウン運動は秩序構造に拘束を受けつつ非等方になる.この場合におけるブラウン運動とその解析から分散系レオロジーを推定することを検討する.

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Journal Article] Evaluation of Filling State and Residence Time Distribution inside Plastic Mixer using Mesh-Free Simulation2024

    • Author(s)
      Sekiyama Kazuhide、Nakayama Yasuya、Kajiwara Toshihisa
    • Journal Title

      KAGAKU KOGAKU RONBUNSHU

      Volume: 50 Issue: 2 Pages: 35-41

    • DOI

      10.1252/kakoronbunshu.50.35

    • ISSN
      0386-216X, 1349-9203
    • Year and Date
      2024-03-20
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nonlinear dielectric decrement of electrolyte solutions: An effective medium approach2023

    • Author(s)
      Nakayama Yasuya
    • Journal Title

      Journal of Colloid and Interface Science

      Volume: 646 Pages: 354-360

    • DOI

      10.1016/j.jcis.2023.05.046

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Direct numerical simulations of a microswimmer in a viscoelastic fluid2023

    • Author(s)
      Kobayashi Takuya、Jung Gerhard、Matsuoka Yuki、Nakayama Yasuya、Molina John J.、Yamamoto Ryoichi
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 19 Issue: 37 Pages: 7109-7121

    • DOI

      10.1039/d3sm00600j

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Non-Stick Length of Polymer?Polymer Interfaces under Small-Amplitude Oscillatory Shear Measurement2023

    • Author(s)
      Nakayama Yasuya
    • Journal Title

      Polymers

      Volume: 16 Issue: 1 Pages: 77-77

    • DOI

      10.3390/polym16010077

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 粘弾性流体中のブラウン運動の直接数値計算と周期境界条件下のマイクロレオロジー2024

    • Author(s)
      名嘉山 祥也, 松岡 佑樹, 梶原 稔尚
    • Organizer
      化学工学会第89年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Study of Residence Time and Filling Ratio inside Counter-Rotating Continuous Mixer Using Partially Filled Flow Simulation2023

    • Author(s)
      Toshihisa Kajiwara, Kazuhide Sekiyama, Yasuya Nakayama
    • Organizer
      Asia Australia Regional Meeting of Polymer Processing Society, PPS-2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 粘弾性流体中のブラウン運動の直接数値計算と周期境界条件下のマイクロレオロジー2023

    • Author(s)
      名嘉山祥也, 松岡佑樹, 梶原稔尚
    • Organizer
      第71回レオロジー討論会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 粘弾性流体中のブラウン運動の直接数値計算と周期境界条件下のマイクロレオロジー2023

    • Author(s)
      名嘉山祥也, 松岡佑樹, 梶原稔尚
    • Organizer
      日本流体力学会 年会2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Finite system size correction in microrheological analysis under periodic boundary conditions: a direct numerical simulation2023

    • Author(s)
      Yasuya Nakayama, Yuki Matsuoka, Toshihisa Kajiwara
    • Organizer
      Advanced core-to-core network for the physics of self-organizing active matter: kickoff meeting
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Finite system size correction in microrheological analysis under periodic boundary conditions: a direct numerical simulation approach2023

    • Author(s)
      Yasuya Nakayama, Yuki Matsuoka, Toshihisa Kajiwara
    • Organizer
      The 7th International Soft Matter Conference, ISMC2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Finite system size correction in microrheological analysis under periodic boundary conditions : a direct numerical simulation approach2023

    • Author(s)
      Yasuya Nakayama, Yuki Matsuoka, Toshihisa Kajiwara
    • Organizer
      XIXth International Congress on Rheology (ICR2023)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study of Residence Time and Filling Ratio inside Counter-Rotating Continuous Mixer Using Partially Filled Flow Simulation2023

    • Author(s)
      Toshihisa Kajiwara, Kazuhide Sekiyama, Yasuya Nakayama
    • Organizer
      13th SPSJ International Polymer Conference (IPC 2023)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Improved melt-mixing in single-screw extrusion by geometry modification based on mixing mechanism2023

    • Author(s)
      Yasuya Nakayama, Taishi Fujihara, Koichi Kimura, Toshihisa Kajiwara
    • Organizer
      13th SPSJ International Polymer Conference (IPC 2023)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 二軸スクリュ押出における切り欠きミキシングスクリュによる流動様式と混練2023

    • Author(s)
      下川和也, 名嘉山祥也, 木村公一, 梶原稔尚
    • Organizer
      第60回化学関連支部合同九州大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi