電界制御型粒子分散系流体の機能性材料開発に関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09450282
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 今野 幹男 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40125547)
• Keywords: レオロジー流体 / 微粒子 / 鎖状構造 / 誘電体 / 誘電率 / 導電率 / 凝集分散

Research Abstract

固体や液体中に粒子を分散させた系は、電場、磁場などの外部刺激に応じた配列制御が可能であり、この特徴を活かして、新しい機能性を有する材料の研究開発が行われている。例えば、ある固体微粒子を液体に分散させた粒子分散系では、外部電場の印加により粒子の凝集分散構造が変化するため、レオロジーや光透過特性等の諸特性が極めて短時間に変化する。それらの特性発現機構については、例えば、電気レオロジー流体では、電場印加による粒子内分極に起因する粒子鎖状構造の形成に基づき、粘度の増加や降伏応力の発生など系の流動特性が変化すると考えられているが、その詳細な発生機構や支配因子等については未だ不明な点が多く、材料設計学的指針もほとんど得られてはいなかった。
本研究では、固体や液体中に粒子を分散させた系の特性評価の一つの試みとして、電気レオロジー流体を対象として、その機能発現の諸因子を調べ、将来の粒子配列制御を踏まえた材料設計の基本指針の確立を目指した。具体的には、常誘電性シリカ粒子分散系あるいは強誘電性チタン酸バリウム粒子分散系(分散媒:シリコンオイル)に交流電場を印加したときの電気特性とレオロジー特性のその場測定を行った。これより、分散流体の誘電率と導電率及び電場印加による発生応力を個々の要素に分解して比較検討することが可能となった。その結果、発生応力と誘電率とに強い相関性があることを見出した。これは、粒子の鎖状連結構造が電場により変化し、それに伴い、誘電率が変化することで説明され、応力、誘電率と電場の間に成り立つ新しい相関式を導出することに成功した。さらに鎖状構造の発達は導電率の変化により検証することができた。以上の知見により、粒子の凝集・分散構造を電気的に制御する新しい応用に対して材料設計学の基本指針を導くことができた。

Research Products

• [Publications] Tomoaki Satoh,Tetsuo Ashitaka,Yoshihisa Saimoto and Mikio Konno: "Electrorheological Response and Structure Growth of Colloidal Silica Suspensions"Journal of Colloid and Interface Science. 234. 19-23 (2001)
• [Publications] Genho Takano and Mikio Konno: "In-situ Measurements of Electrorheological Response and Electric Properties of Ferroelectric Barium Titanate/Silicone Oil Suspension"日本レオロジー学会誌. (印刷中).
• [Publications] Yoshihisa Saimoto,Tomoaki Satoh and Mikio Konno: "Correlation between Generated Shear Stress and Generated Permittivity for the Electrorheological Response of Colloidal Silica Suspensions"Journal of Colloid and Interface Science. 219. 135-143 (1999)