2022 Fiscal Year Research-status Report
Development of nano-rheometry technology to elucidate relationship between application properties of gels and pastes and their microstructures
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21K18686
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
高橋 勉 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (20216732)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 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 |
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| 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4年度は(ii)のバイオ・ナノ・イ ンデンテーション試験により濃厚エマルジョンおよびハイドロゲルに対して球状圧子を押し込み，その後の引き剥がし過程における除荷曲線をJKRモデルで解析し，等価弾性係数および付着仕事を算出した.これらの値は試料の構造的な特性とよく一致を示し，ナノ・インデンテーション試験がレオメータで検知できない微視的構造の差異を評価できることを示した．
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| 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.球状圧子による濃厚エマルジョンの引き剥がし過程の除荷曲線に対してJKRモデルを適用し等価弾性係数と付着仕事を算出した．これらの値はエマルジョンの油滴界面に形成されるラメラ層の状態と関係が深いことを見いだした．この結果は化学工学会第53回秋季大会，第70回レオロジー討論会，日本機械学会第100機流体工学部門講演会，日本機械学会北陸信越支部2023年合同講演会で発表し，北陸信越支部2023年合同講演会では発表した大学院生が優秀講演賞を受賞した．さらに，沖縄科学技術大学院大学で開催されたミニシンポジウム「Yielding and Flow of Soft Matter Systems」において招待講演を行った．よって，当初の計画以上に進展していると判断する.
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| Strategy for Future Research Activity |
球状圧子の付着状態からの引き剥がし過程でエマルジョン，ゲルの特徴的な挙動が得られることが明らかとなったが，引き剥がしにおいて圧子に実際に付着する試料の状態によっては測定結果にばらつきが発生する．付着時の試料の状態を直接観察し，引き剥がし過程の試料形状とインデンテーション試験結果の対比を行い，JKRモデルで表せない引き剥がし初期の挙動を明らかにする．また，さらに測定試料を増やし，これまでの結果の正当性を確認する．
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Research Products
(6 results)
