2004 Fiscal Year Annual Research Report
流体粒子ダイナミクス法を用いた荷電コロイド分散系の研究
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16740240
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
荒木 武昭 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (20332596)
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| Keywords | 荷電コロイド分散系 / 流体粒子ダイナミクス法 / 流体力学的相互作用 / 電気泳動 / 凝集過程 / 動的安定性 / 電着現象 / 流れ場の遮蔽 |
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| Research Abstract |
我々は、これまで固体であるコロイド粒子を周りの液体よりも高い粘性率を持つ変形しない液体粒子として記述し、粒子間の流体相互作用を効率よく取り入れることができる新しい計算手法(流体粒子ダイナミクス法)を開発し、コロイド分散系の凝集過程などに関する研究を行ってきた。本研究の目的は、この手法の特徴の一つである拡張性を利用し電解質コロイド多粒子系の未解明な挙動を調べることにある。例えば、電場下では粒子はその方向に移動することはよく知られているが、多粒子系では、粒子間の流体力学的相互作用が顕著になるため、その振る舞いは予想し難くなり、多くの問題が残されている。
本年度はまず、連続場で記述した溶媒にイオン濃度の自由度を導入し、そのイオン濃度に対する静電相互作用を加味した拡散方程式を、流体力学的方程式、粒子に対する運動方程式と連立して解くことにより、荷電コロイド分散系のダイナミクスを扱う数値シミュレーション法の開発を行った。次に、これを用いて荷電コロイド分散系に電場を印加し、多粒子系の電気泳動過程を調べた。その結果、印加した電場が十分に強い場合に、粒子間の流体力学的相互作用のため粒子の運動は不安定になることを見出した。この系に塩を加えていくと斥力的な静電相互作用は遮蔽され弱くなるため、粒子の運動はさらに不安定になることを予想していたが、実際にはこの予想に反し塩を加えることにより、粒子の運動は安定化することが分かった。詳細に調べた結果、これは塩を加えることにより流体力学的相互作用も同様に遮蔽されたためであることが分かった。
また、粒子間に働く引力的なファン・デル・ワールス相互作用を導入し、荷電コロイド系の凝集過程に関する研究を行った。その結果、脱塩した系でも粒子濃度をあげることにより凝集すること、またその凝集構造が配向秩序を持つことなどが分かった。
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