2020 Fiscal Year Annual Research Report
Effect of mechanical interactions between polymers and fluids on flow dynamics of the polymer solution
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19H02497
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
日出間 るり 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (20598172)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 洋 神戸大学, 工学研究科, 教授 (90206524)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 高分子の形態 / 流動抵抗 / マイクロレオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，乱流抑制や弾性不安定など低濃度高分子溶液が複雑な流動挙動を示す原因を，流体中の「高分子と流体」間，および「高分子とその周囲の高分子」間に生じる，力学的な相互作用の観点から明らかにすることを目的としている．目的を達成するために，流動場中に浸した高分子に起因する，高分子自体の流動抵抗を測定し，流動抵抗を生じさせる高分子の形態を予測し，この形態をとった場合に，「高分子と周囲の流体」，「高分子とその周囲の高分子」の間にどのような力が働くかを検討する．形態変化の予測は，サイズが大きく可視化可能なDNAにより検証する．さらに数値計算を行い，分子量や剛直性などの性質が異なる高分子に対して，流体中の高分子の形態，流体中の高分子が周囲の流体に与える影響を一般化することを目指している．本研究で得られる知見は，工業的に多用される複雑流体の流動挙動解明といった問題にとどまらず，高分子と周囲の相互作用という，ソフトマターを取り扱う学問分野で長らく問題とされてきたマイクロスケールからマクロスケールをつなぐ階層構造の概念を含むものである．
上記目的を達成するために，2020年度は，「高分子とその周囲の高分子」の間の相互作用が，注目する高分子の流動抵抗に与える影響のモデル化を主な目標として，それを達成することができた．また，高分子への水和を考慮した計測も行い，高分子の形態と流動抵抗に関する検討を進めた．
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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
本研究全体の目的を踏まえて，2020年度は，以下の項目を達成した．
(1)高分子に由来する，流動場での力の発生について，「高分子とその周囲の高分子」の間の相互作用が，注目する高分子の流動抵抗に与える影響のモデル化を検討した．具体的には，流動抵抗を測定しようとするポリエチレングリコール(PEG)の周囲の流体にも，PEGが存在すると，流動場で測定される力に上昇が見られた．そこで，この力の上昇が，流動場中でのPEGの絡まり合いに起因するとして，高分子の絡まり合いが流動抵抗に与える影響を調べた．
(2)上記(1)について，PEGの分子量を変えた場合のモデル化も検討した．どの分子量でも，周囲の流体中のPEGが注目するPEGに絡まり合っているとして計算した流動抵抗は，実験で測定された流動抵抗とよい一致を示した．
(3)高分子への水和が流動抵抗に与える影響についても検討した．同じ分子量の高分子でも，水和しやすい状態と，水和しにくい状態では，流動抵抗に変化が見られた．
「高分子とその周囲の高分子」の間の相互作用を取り入れたモデル化や，高分子の状態を考慮した計測で良好な結果を得たことから，おおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究全体の目的達成のために，2021年度は，以下を行う．
(1)高分子への水和と流動抵抗の関係を定量化するための，測定，解析を行う．高分子の種類，分子量，周囲流体の温度など，高分子への水和が異なる実験条件を設定し，流動抵抗に関連する値を測定する．現在のところ，高分子を結合させたカンチレバーの振動解析を検討している．
(2) 流動場中の高分子形態のモデルを可視化により検証するため，蛍光色素を付けたLambda DNAを流動場中に浸して可視化する実験を行う．そして，Lambda DNAの流動抵抗を測定する．
(3)これまでの研究を統合し，水和や絡まり合いも考慮した，高分子の形態と，その流動抵抗を結びつけるモデルを提案する．
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