2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K05831
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
廣田 憲之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (10302770)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 高磁場 / 可視化 / 熱対流 / 磁気力 / ローレンツ力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は物質に対して非接触で力学的影響を与えることのできる磁場の特徴を利用して、流体中で物質の挙動を制御する技術を研究し、分析技術や各種プロセスの高度化へつなげることを目指すものである。このために、高磁場中での流体挙動の可視化と流体挙動のシミュレーション、及び、空間磁場の最適化設計を行なうことで、高磁場を利用した弱磁性流体挙動の制御技術の確立を目指している。平成29年度は、弱磁性流体の磁場中挙動の光学的観測に関して、シャドウグラフ光学系を用いた実験では、導電性弱磁性流体への高磁場効果について実験系内に温度勾配が存在する条件において、超伝導磁石内での試料位置の選択により、磁気力一定条件下での磁場依存を評価し、流体挙動に対する磁気力とローレンツ力の効果をそれぞれ評価することに成功した。シュリーレン光学系を用いた実験では、液相のみでその内部に濃度勾配が存在するケースについて、磁場を鉛直方向に印加し、磁場最大位置、磁気力最大位置(方向が反平行の2か所)について実施し、知見の集積を行なった。また、フランスCNRSとの共同で、高磁気力環境下において無容器で保持された流体の力学的挙動に関する実験的検討を始めた。弱磁性流体の磁場中挙動のシミュレーションでは、固液共存系における固液界面近傍での濃度勾配に着目したシミュレーションや、流体中に分散した固相粒子の挙動について空間磁場の設計を含めて評価するシミュレーションを実施した。
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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
本研究は高磁場中での流体挙動の可視化と流体挙動のシミュレーション、及び、空間磁場の最適化設計を行なうことで、物質に対して非接触で力学的影響を与えることのできる高磁場を利用した弱磁性流体挙動の制御技術の確立を目指している。平成29年度は、流体内の温度勾配や濃度勾配によって生ずる屈折率の空間分布を利用して流れを可視化する手法を用いた一連の実験で、流体挙動に対する磁気力とローレンツ力の効果の個別評価につながる知見を得ることができたほか、フランスCNRSとの共同研究で、高磁気力環境下において無容器で保持された流体の力学的挙動に関する実験的検討をスタートさせた。固液共存系における固液界面近傍での濃度勾配に着目したシミュレーションや、流体中に分散した固相粒子の挙動について空間磁場の設計を含めて評価するシミュレーションも進めており、これらによって高磁場下における流体挙動についての理解を深めることができた。現在までのところ、ほぼ当初予定していたスケジュール通りに進行しており、概ね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は本研究の最終年度であるので、これまでに実施してきた実験手法とこれまでに得られた成果をベースとして、弱磁性流体の磁場中挙動の光学的観測については試料周囲の空間的磁場環境をパラメータとした評価を進めて、高磁場下における弱磁性流体挙動の理解を深める。また、フランスCNRSとの共同研究では特殊な磁場環境下で興味深い流体挙動が見られているので、観測分解能の向上などに取り組み、引き続き実施してゆく。弱磁性流体の磁場中挙動のシミュレーションと最適磁場条件に関する検討では、固液共存のケースについても拡張しているので、いくつかのケースについて磁場環境も含めた制御条件に関して評価を進める。また、ここまでのシミュレーション結果に基づき、目的に応じた弱磁性流体挙動制御に適した空間磁場分布についても検討する。以上で得られた実験的な知見とシミュレーションを体系的に理解し、整理することで高磁場を利用した弱磁性流体挙動と流体中の物質挙動制御技術の確立を目指す。
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| Causes of Carryover |
(理由) 高磁場中での流体挙動可視化装置に温調機能を付与するための装置改造に関して、従来の装置の一部を交換する手法を採ることで比較的安価にこれを試作でき、所定の機能を達成することができたため。
(使用計画) 温調精度のアップグレードのための物品購入、及び、フランスCNRS-LNCMIのProf. Eric Beaugnonと共同で高磁気力場中の流体の挙動に関する共同研究を行なっており、フランス側の観測系を用いることで高時間分解能での挙動観察等が可能になるので、高磁場中での流体挙動のより深い理解のために、共同実験を行なうための物品費、旅費等に使用する予定である。
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