2013 Fiscal Year Annual Research Report
ヘマタイト粒子サスペンションの特異的機能性発現現象の解明とその制御法の構築
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23360049
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
佐藤 明 秋田県立大学, システム科学技術学部, 教授 (50211941)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青島 政之 秋田県立大学, システム科学技術学部, 助教 (20315625)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 粒子サスペンション / レオロジー / 分子シミュレーション / 磁気粘性効果 / ブラウン運動 |
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| Research Abstract |
本年度の本研究の主たる目的は、種々のヘマタイト粒子サスペンションを調製し、前年度までに構築したレオロジー測定装置システムを用いた磁気粘性効果の広範囲な実験を行うとともに、分子シミュレーションも並行して行い、レオロジー特性の詳細な検討を行うことであった。ヘマタイト粒子サスペンションの調製においては、従来の調製法を工夫して、ある程度所望のアスペクト比を有するヘマタイト粒子の調製法の構築に成功した。それらの粒子をグリセリン水溶液に分散させて、実験用のヘマタイト粒子サスペンションの調製を行い、従来から課題であった、種々の濃度のサスペンションを作製することも可能となった。以上の種々のアスペクト比のヘマタイト粒子を懸濁した種々の濃度のサスペンションを対象に、印加磁場下での粘度が負になる現象、すなわち、逆磁気粘性効果の実験的な検討を行い、貴重な結果を得ることに成功している。つまり、逆磁気粘性の及ぼすずり速度の大きさ、印加磁場の強さならびに粒子の体積分率の影響を詳細に解明することに成功した。さらには、広範囲な実験環境下での精度良い結果を得るための実験的なノウハウも取得でき、今後のさらなる実験データの効果的な取得を可能にする状態まで研究を達成させることができた。この実験的な研究として平行して進めた分子シミュレーションにおいては、棒状粒子系のブラウン動力学法のシミュレーション・プログラムの構築を行っている。このシミュレーション・プログラムを用い、逆磁気粘性効果に寄与する要因を諸因子に分解する理論的な考察を行い、それらの因子による寄与を詳細に解明することに成功している。以上の分子動力学シミュレーションにおいては、より詳細な検討を行う上でのシミュレーション技法面でのノウハウの蓄積にも成功し、今後のシミュレーション的な研究の拡張にも容易に対応できるレベルまで研究を進展させることに成功している。
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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
種々のヘマタイト粒子サスペンションの調製、レオロジー測定装置システムを用いた磁気粘性効果の広範囲な実験、並行しての分子シミュレーション的な検討を主眼とした本年度の研究目的は、ほぼ達成したと言うことができる。すなわち、ヘマタイト粒子サスペンションの調製においては、従来の調製法を工夫して、ある程度所望のアスペクト比を有するスピンドル状のヘマタイト粒子の調製法の構築に成功した。以上の種々のアスペクト比のヘマタイト粒子を懸濁した種々の濃度のサスペンションを対象に、印加磁場下での粘度が負になる現象、すなわち、逆磁気粘性効果の実験的な検討を行い、貴重な結果を得ることに成功している。並行して進めた分子シミュレーションにおいては、逆磁気粘性効果に寄与する要因を諸因子、すなわち、粒子と磁場の相互作用によるトルクの寄与、粒子同士の相互作用による力およびトルクによる寄与を詳細に解明することに成功している。以上を考慮すると、概ね順調に研究は進展していると言うことができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究では、昨年度までの実績を踏まえ、更なる実験的な研究を主として推進する方針である。より大きな磁気粘性効果を得るためには、アスペクト比の大きなスピンドル状ヘマタイト粒子を調製する必要があり、それに加えて、粒子の体積分率の大きなサスペンションを調製する必要がある。本年度で得た調製法のノウハウを駆使して更なる調整法の拡張改善を試み、より現実的なヘマタイト粒子分散系の調製の実現を計るため、これら粒子のグリセリン水溶液を母液とするサスペンションを対象として、磁気粘性効果の詳細な検討を行うことで、逆磁気粘性効果の諸因子への依存性を詳細に解明する方針である。実験的なこれら研究と並行して、ブラウン動力学法による分子シミュレーションを駆使して、現在まで未検討であった磁気粘性効果および内部構造発現現象に及ぼす印加磁場の方向の影響に関しても検討する方針である。
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