2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of nano-rheometry technology to elucidate relationship between application properties of gels and pastes and their microstructures
| Project/Area Number |
21K18686
|
|---|
| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
|---|
Principal Investigator |
高橋 勉 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (20216732)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
|
| Keywords | レオメトリー / 塗布 / ゲル / ペースト / インデンテーション試験 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
ペーストやクリーム状の懸濁液・乳濁液は超低応力・低ひずみ領域において分散粒子や凝集体がジャミングを起こし，降伏応力を持ち，塗布膜 の平滑性やインクジェット3D造形などの製品性能に重要な影響を与える.このような流体の流動および降伏特性に及ぼすナノからサブミクロン サイズの微細構造の影響を直接的に計測できる新たな技術として超高感度荷重センサによるナノ・インデンテーション試験を応用した構造解析 技術「ナノ・レオメトリー」の手法と理論を構築し，レオメータにより求まるミクロン領域の平均的特性との比較から流体中の微視的構造と降 伏特性の関係を明らかにする.
本研究は次の3つのステップに従って実施する.すなわち，(i)高性能回転型レオメータで測定可能なサブミクロン領域における降伏現象発生前 のレオロジー特性の新たな評価方法の開発，(ii)超高感度荷重センサを搭載した最新かつ国内唯一のバイオ・ナノ・インデンテーション試験装 置を用いたナノからミクロン領域のレオロジー特性評価方法の開発，そして(iii)レオメータによる体積平均的特性とインデンテーション試験 による局所的特性の比較による内部構造変化の評価方法を開発し，これらを総合して「ナノ・レオメトリー」技術として体系化していく.
令和3年度は(i)の回転型レオメータによるコロイドゲルの降伏応力以下の領域における挙動に対して弾性係数の変化を検討した．さらに(ii)のバイオ・ナノ・インデンテーション試験により同じ試料の微視的な押し込み挙動を実験により求め，Maxwellモデルを仮定した解析により弾性係数の変化について検討した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ナノ・インデンテーション試験によるクリーム，コロイドゲルに関して予定を上回る実験を実施し，知見を多く得た．この結果をもとに弾性要素と粘性要素を各1個有する2要素粘弾性モデルであるMaxwellモデルでの解析を行い，押し込み量に伴う弾性係数の変化を明らかにした．これに加え，より複雑な3要素モデルであるJeffreysモデルを適用した解析法を検討し，より精度の高い解析結果を得ることができた．この成果を日本機械学会北陸信越支部2022年合同講演会で発表し，発表した大学院生はフェロー賞を受賞した．よって，当初の計画以上に進展していると判断する．
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度は回転型レオメータによる降伏応力以下の微小変形領域についてより高精度にコロイドゲル，クリームの挙動を把握できるよう，ヒステリシスループ試験による粘性・弾性の変化について検討する．さらに，ナノ・インデンテーション試験では昨年度に実施した単純押し込み実験に加えて，クリープ試験や繰り返し押し込み試験など押し込み履歴に関する特性を実験により検討する．その結果をMaxwellモデルおよびJeffreysモデルにより近似し，微視的な変形領域における挙動を予測する解析方法を検討する．これらの成果を学会にて口頭発表する．
|
Research Products
(1 results)
