Further understanding of stochastic flow to form nanopaper and its functionality

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01244
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 19010:Fluid engineering-related
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: Hanasaki Itsuo 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10446734)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: セルロースナノファイバー / ナノペーパー / ハイドロゲル / ドラッグデリバリーシステム / メタマテリアル / キリガミ / レジリエンス / 適応

Outline of Final Research Achievements

Microrheological characteristics of cellulose nanofiber (CNF) dispersion in water have been clarified by microscopy movie data analysis in equilibrium and nonequilibrium. Partial structural order was quantitatively detected in the analysis of CNF concentration dependence in equilibrium. Nonequilibrium analysis of drying in container reveals the intermittent and random flow in the intermediate state between sol and gel. Furthermore, the characteristic correlation length with respect to the velocity field significantly increases in this intermediate state. Dipping the dry nanopaper into water causes gelation by swelling. The elementary process of this swelling is clarified by the analysis based on the single particle tracking (SPT).

Free Research Field

応用力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では，流体から固体が形成される現象を追究している．温度低下による凝固現象とは異なり，流体中で激しくBrown運動しているナノスケール要素が，乾燥の過程で高濃度化して静的な秩序構造を形成する．結果として出来上がるモノに注目すると固体であるが，それを形成する現象自体は流体の力学でもある．また，その流動現象はBrown運動をはじめとしてランダムさが特徴的である．さらに，より大きな空間スケールでも秩序構造形成過程特有のランダムさを発見した．後者のランダムさも明らかに乱流とは異なり，低Reynolds数で現れる．環境に優しい材料の創製にも寄与する形で，四力横断的な知見を明らかにした意義は大きい．