2016 Fiscal Year Annual Research Report
Microrheology of non-Newtonian fluids under shear flow
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26289032
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
折原 宏 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30177307)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 裕司 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00649741)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ソフトマター物理 / せん断流 / ブラウン運動 / マイクロレオロジー / 高分子 / 非ニュートン流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はせん断流下におけるソフトマターの微小領域のレオロジーを研究対象としている。以下、今年度の実績としてキサンタンガム水溶液および液晶の２例を報告する。
キサンタンガムについては、昨年度までに流れ方向だけでなく、垂直方向のビーズの拡散もせん断流下で増大することが実験的に明らかになった。今年度は理論的な考察を行った。ニュートン流体に粒子を密に分散させた場合には垂直方向の拡散定数は簡単な次元解析によりせん断速度の２乗に比例することが示されている。一方、我々の実験では1.3乗に比例した。指数の食い違いはキサンタンガム水溶液では分子間の相互作用によるものと考えられる。流れに平行な方向の拡散は速度勾配方向の粒子のゆらぎに影響されるが、簡単なモデルによれば、速度勾配および流れに平行な方向の平均自乗変位が時間のベキ関数に従い、それらの指数をそれぞれaとbとすれば、b=a+2が成立する。キサンタンガム水溶液ではaはほぼゼロである。したがって、bは2に近い値をとると予想されるが、これは実験値と一致している。以上のように、せん断流が流れ方向およびそれに垂直な方向の拡散に大きな影響を及ぼすことが明らかになった。
液晶については、せん断流を印加していないが、平衡状態においても熱ゆらぎにより励起されるせん断流と液晶分子の配向との相互作用を調べた。流れと配向の相互作用については非平衡状態ではその存在が多くの実験で明確に示されているが、平衡状態においては直接に観測された例がない。実験ではレーザーにより緩くトラップされたビーズの動きから流れの速度を、偏光顕微鏡下における透過光強度から配向の変化を測定した。ビーズの位置と強度の相互時間相関関数を計算したところ、ゼロではなく有限の値を持ち、したがって、相互作用があることがわかった。また、エリクセン－レスリー理論から相関関数を計算し、実験と一致することを示した。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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