Spatiotemporal structure and rheological property of many body soft particle flow

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K13891
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: Ito Hiroaki 千葉大学, 大学院理学研究院, 助教 (10783186)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 懸濁液 / エマルション / マイクロ流路 / レオロジー / 流体相互作用

Outline of Final Research Achievements

In this study, we performed microfluidic experiments to elucidate the fundamental flow principles that guide the controllability of fluidity in soft particle suspension systems. Specifically, we investigated the flow of monodisperse water droplets in a continuous oil phase at various droplet densities using a quasi-two-dimensional microchannel with a thickness much shorter than its planar dimensions. As a result, we identified the spatial structure of deformation and the underlying mechanisms of droplet interactions in low and high density conditions. In low-density flows, hydrodynamic interactions, which are mediated by the flow field generated around each droplet, were dominant, whereas in high-density flows, contributions from hydrodynamic interactions and contact interactions with multiple droplets became dominant.

Free Research Field

ソフトマター物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

やわらかな粒子懸濁液系の流動特性を制御するための基礎的な流動原理を解明することで、様々な工学的応用や産業プロセスにおける流動制御の基礎的理解を深めたと言える。特に、低密度から高密度における液滴間の相互作用のメカニズムを明らかにしたことで、複雑流体系における物理現象の理解が進展した。また、マイクロ流路を用いた精密な実験を通じて、ミクロスケールでの流動特性を詳細に解析する技術の発展にも寄与しており、マイクロ流体技術の応用範囲を広げるための重要なステップである。これらの研究成果や技術発展は、化粧品、食品、医薬品などの分野で利用される懸濁液製造プロセスにおいて、品質向上や効率化にも資する可能性がある。