2020 Fiscal Year Research-status Report
Electric double layer at high ionic concentrations
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18K03563
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
名嘉山 祥也 九州大学, 工学研究院, 准教授 (10422982)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 流動様式 / コロイド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子溶液に分散した微粒子分散系のレオロジーについて検討した．微粒子分散系の流れについては，従来単純液体を想定したニュートン流体を分散媒とした系の研究が中心である．一方で，界面動電現象が見られる分散系では，分散媒がニュートン流体である場合のみならず、高分子溶液のような粘弾性流体である場合も多い．過去の実験研究において，粘弾性流体中の分散系では粒子濃度が希薄な場合においても，せん断速度とともに粘度が増加するシアシックニングが見られることが報告されている．この現象はニュートン流体分散媒では生じない．したがって分散媒の粘弾性に起因する現象であると考えられる．一方で，過去の数値計算では，分散系シアシックニングの定量予測には成功しておらず，実験と数値計算結果の乖離が問題となっていた．
粘弾性分散媒によるシアシックニングの定量予測のための物理を検討した．著者らの開発した数値計算法である Smoothed Profile 法を、によるOldroyd-Bモデルを分散媒とした系のシアシックニングを検討した．その結果，希薄系から準希薄分散系についてシアレオロジーを定量的に予測するためには，多粒子間相互作用におけるストレスレットの寄与と，分散媒の第一法線応力差の正確な記述が必要であることを明らかにした．過去の数値計算検討では，シアシックニングの過少評価の要因として，分散媒の伸長レオロジーモデリングが不十分であることが指摘されていた．しかし，検討されているシアレートにおいては伸長レオロジー特有の効果は生じていないと考えられ，分散媒の第一法線応力差のモデリングが主要な要因であることが示された．分散系の粘弾性シアシックニングの物理は，非球形粒子の場合でも共通であるため，多様な分散系におけるシアシックニングに広く適用できる．本研究の知見は，複雑流体分散媒の工業材料の流動プロセスに対しる基礎的な知見を成す．
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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
研究実施計画の一部を行い，査読あり研究論文3報を学術誌に発表した．また招待講演1件を含む7件の学会発表を行い，おおむね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
界面動電現象である非線型電気泳動について，塩添加の効果について明らかにする．対イオンと共イオンは反対符号であるため，外場に対する応答が異なる．このことは外場が強くなるほど顕著になる．また，溶媒とイオンの相互作用による溶媒和を考慮して，微粒子の電気泳動に与える効果を明らかにする．高電解質濃度における電気浸透流について検討する．高電解質濃度における電気二重層の遮蔽長では，空間的な広がりとともに電場と流れの結合を担うイオンの量も増えるため，駆動効率の増大が期待される．電気二重層の構造とスケール変化による電気浸透流の質的な変化の効果は，とくにナノ流路において重要となる．本課題では，高電解質濃度における流れの理解に立脚して電気浸透流・流動電流を高効率にする電解質濃度と流路サイズの設計の物理的な原理を提案する．
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| Causes of Carryover |
（理由）世界的な新型コロナパンデミックによって，予定していた国内外学会発表が全てオンライン開催となり，そのために予定していた旅費支出がなかったため．
（使用計画）翌年度として請求した分は当初計画に沿って使用する．次年度使用額となった分は国内外出張旅費に使用する．
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