2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidating nonlinear dynamics of nanometer-scale fluids with microscopic experimental study
| Project/Area Number |
17K05064
|
|---|
| Research Institution | Osaka Electro-Communication University |
|---|
Principal Investigator |
影島 賢巳 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (90251355)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 原子間力顕微鏡 / 粘弾性 / 非線形応答 / 生体適合性高分子 / 臨界2成分系 / 臨界カシミール効果 / 相関長 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
ナノ空間の流体の非線形応答をミクロな視点から探るため、磁気力変調方式の原子間力顕微鏡を用いた粘弾性計測手法を応用し、溶媒で膨潤した高分子層の力学応答を計測した。親水性の強いガラスコロイド探針と、疎水性に近いガラス状カーボン球探針の2種を用いて、生体適合性ポリマーである2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（MPC）でコートしたSi基板の水中での粘弾性応答を、ナノメータレベルの低振幅で計測し、複素粘弾性から導いた緩和時の振幅依存性を比較検討し、ようやくその界面滑りによるメカニズムの描像が描けてきた。これらを、高分子鎖の界面滑りへの力学的寄与に関する理論計算と比較して、良好な一致を得ることができた。
一方、同様な粘弾性計測手法を応用し、臨界2成分系で臨界カシミール効果によって親水性の2表面間に出現する特異な力と、同時に現れる粘性の異常を同時計測するデータを提示した。これらについて解析を進めた結果、当初期待された力の極性とは逆向きの斥力であることがわかった。これは、試料として用いたマイカの表面から液相に放出されたイオンが、液相の2成分への2成分への溶解度の違いによって、双分離の相関長に従った分布をし、力の極性を反転させるとともに、臨界カシミール効果をさらに増強させるという、非常に興味深い現象によるものではないかと推測した。これは、これまでに報告例のない現象である。また、同時に計測された粘性の異常にについては、これまでの理論の多くが、相関長よりも大きな距離レンジを想定していたのに対して、相関長と同程度もしくはそれ以下の距離の測定例として貴重なものであり、理論にも一石を投じる可能性のあるものである。
|
