2020 Fiscal Year Research-status Report
Integral transformation method to investigate flow characteristics of polymer solution from the phase transition perspective
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19K22083
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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) |
谷田部 然治 熊本大学, 大学院先導機構, 助教 (00621773) [Withdrawn]
鈴木 洋 神戸大学, 工学研究科, 教授 (90206524)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 複雑流体 / スペクトル解析 / 積分変換法 / 分布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ソフトマターを含む流体は，低濃度でも特異な流動挙動を示すため複雑流体と呼ばれる．例えば，分子量数百万の高分子0.001wt%水溶液はメートルスケールの流路中で乱流を抑制する一方で，同じ溶液がマイクロスケールの流路中では，逆に不安定な現象を引き起こす．スケールや応力に依存した流動挙動は，溶液内部で高分子が不均一に相互作用するためだと考えられる．静置した低濃度高分子溶液では，高分子は互いに離れて存在し相互作用しないが，溶液に応力が加わり高分子が伸長すると，互いに絡まり合い，相互作用すると予想される．このことから，複雑流体の特異な流動現象はある条件で急激に生じる，相転移現象だと捉えられる．
本研究は，乱流抑制や弾性不安定など低濃度高分子溶液の複雑な流動挙動を，相転移の観点から解明するために，溶液内部で生じる高分子間の相互作用を定量化する物理モデルを提案することを目的とする．高分子溶液の流動現象を対象に，相転移的な挙動を観察し，積分変換法という「系内の注目する要素の変化を分布として抽出する方法」で解析する．要素変化の分布から系内部の構造変化を予測すれば，系内の不均一な相互作用を物理モデルにできると考えられる．
2020年度は主に，光ピンセットによる粘弾性流体のマイクロレオロジー測定に関して，積分変換法を適用し，系内の粘度分布を抽出した．
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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
2020年度は，以下の項目について達成した．
(1)光ピンセットで溶液中にトラップした粒子の位置の経時変化から，パワースペクトルを求め，このパワースペクトルに積分変換法を適用し粒子周囲の粘度分布を求めた．溶液には，高分子溶液，紐状ミセルを形成する界面活性剤溶液を用い，粘弾性の度合いによって粘度分布が広くなる様子を確認した．
(2)屈曲性など高分子の特性が，局所粘度測定に与える影響を検討した．また，トラップする粒子のサイズが，測定に与える影響の検討に着手した．
上記のように，スペクトルの実験データへ積分変換法を適用し，実際に実験系内の不均一さを粘度分布として抽出し，その分布の起源についての考察を始めた．このことから，研究は概ね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果と，本研究全体の目標を考慮して，2021年度は，以下を達成することを目指す．
(1)粘弾性流体の局所粘度測定に分布が現れたことから，この分布の起源を探るために，高分子の種類や濃度，紐状ミセルを形成する界面活性剤溶液の濃度がどのように局所粘度に影響を与えるのかを調べる．
(2)局所粘度の分布は，高分子の絡み合い濃度と関係があると考えられる．そこで，絡み合い濃度など，溶液内部の状態が，局所粘度に与える影響を定量化する．また，光ピンセットで測定できる局所粘度分布には，トラップする粒子のサイズも影響すると考えられるため，溶液の内部構造，粒子サイズ，粘度分布の関係を定量化する．
(3)時間発展する系への積分変換法の適用を検討する．
(4)これまでの研究を統合し，高分子溶液や紐状ミセル水溶液などの複雑流体内部の不均一性が，どのように局所物性を変化させ，流動場全体に影響を与えているのかを明らかにすることを目指す．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの影響で，学会がオンラインとなり，参加するための費用が当初の予定よりも減ったため．今年度，装置を改善するために，実験関連部品，消耗品として使用する．
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Research Products
(6 results)
