2024 Fiscal Year Final Research Report
Rheology of Charged Colloidal Suspensions: Anankeon Dynamics and Electroviscosity
| Project Area | Rheology of disordered materials: Establishing Anankeon dynamics |
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| Project/Area Number |
22H05040
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2022-05-20 – 2025-03-31
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| 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 |
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| 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.
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| Free Research Field |
液体・ガラスの物理学
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| 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。
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