2022 Fiscal Year Annual Research Report
Shear-induced phase transition and alignment in a microchannel for functional design
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21H01693
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
小野 努 岡山大学, 自然科学学域, 教授 (30304752)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | マイクロ流路 / せん断力 / CFD / 流動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究を効果的に推進するためには，「マイクロ流路設計」「流動・異相界面制御」「物質移動・溶液物性解析」「圧力損失計算・流量計測」などの要素技術について検証と検討を行っていくことが重要である。昨年度に引き続き，直接観察が困難なマイクロ流路内での流動挙動予測にはCFDシミュレーションを活用して，実験結果の検証に用いてきた。また，本研究では，マイクロ流路内に作用する高いせん断力を用いて相転移挙動がいかに影響を受けるか，またそこでの相転移挙動が固体化した材料の構造にどのように影響を与えるかは大きな関心を持つ。マイクロ流路を流れる液滴内の溶媒が外相へと物質移動することによって，液滴内部の高分子濃度が増大し，結果として相転移を誘起したカプセル構造になる現象が確認され，さらにその内部のカプセル構造も多層構造になり得ることが見いだされた点は大変興味深い。ここでは，物質移動とともに溶液組成が変化するが，単分散液滴を調製できていることによって液滴サイズの減少を観察するだけで物質移動量が見積もれることから，溶液組成と相転移の関係が明らかになった。
一方，ジェット流からの繊維形成においても，原料溶液を送液するチューブ内にてスラグ流や液滴状態を予め形成させることによって，任意の短尺繊維調製が可能なことが見いだされており，マイクロ流路内でセグメント空間を設計したうえで高せん断場での固体形成を促進することが新たな材料設計につながることが見いだされたことは大変興味深い。
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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
CFDシミュレーション結果から，直接観察の難しい流路内の流動状態を推測することができ，また，単分散液滴から相転移誘起によって多層カプセル構造になる様子を顕微鏡観察による液滴径観察から見積もることができ，せん断場での物質移動量の変化と相転移挙動を関連づけることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
液滴内部での相転移誘起による内部構造形成の様子を共焦点蛍光顕微鏡による観察によってより詳細に明らかにし，液滴組成変更がどのように反映されていくかを観察することができれば，液滴内部の半径方向に対する相転移誘起挙動を推測できると期待される。また，この現象をジェット流からの繊維形成にも適用することによって，新しい繊維形状の形成にも貢献できると考えられる。
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