Negative viscosity induced by electroconvection in a nematic liquid crystal
| Project/Area Number |
18H01374
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
長屋 智之 大分大学, 理工学部, 教授 (00228058)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩下 拓哉 大分大学, 理工学部, 准教授 (30789508)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2018: ¥13,520,000 (Direct Cost: ¥10,400,000、Indirect Cost: ¥3,120,000)
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| Keywords | 負の粘性 / 電気対流 / 液晶 / レオロジー / 散逸構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
代表者らは，電気対流下の液晶の粘性値が負になるという非常識的な現象を発見した。負の粘性状態では，自発的な流れが発生しすることから，負の粘性状態の液晶を” ferroviscous fluid ”命名した。
この現象を初めて観測したのは，MBBAと呼ばれるシッフ塩基系液晶である。負の粘性状態は，電気対流の存在が不可欠であり，一般に誘電異方性が負の液晶に導電性不純物をドープした試料で発現する。R1年度の研究では，MBBAの同族液晶のEBBA液晶においても負の粘性が発現する事を確認し，MBBAとの違いを詳細に調べた。また，同じシッフ塩基系液晶のPBBA,BBBAでの負の粘性の発現を確認した。そこで，R2年度は，PBBA,BBBAでの負の粘性の詳細な特性解析を行った。
PBBA,BBBAは市販されていないため，大分大の氏家教授に合成を依頼した。市販液晶ではない為，誘電異方性と導電率異方性を精密に測定する必要があった。その為，電磁石で液晶の配向を変化させながらLCRメータ－で液晶セルの静電容量を測定する装置を作成した。そして，臭化ブチルアンモニウム(TBBA)を導電性不純物としてPBBA,BBBAにドープした試料の電場下での粘性率測定を行った。PBBA,BBBAともにせん断応力を変化させた時のせん断速度の応答では履歴が観測されたが，その大きさはMBBA,EBBAよりも小さく，負の粘性は発現するものの顕著ではなかった。負の粘性の特性はドープした試料の量に依存して変化することがわかったが，PBBA,BBBAとも加水分解によって試料が著しく劣化する事も判明し，ドープしたTBBAのみの効果によって負の粘性が変化したかは不明であった。
上記の内容を，2nd International Conference on Optics and Photonicsのキーノート招待講演で報告した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウイルス感染拡大により，教育の業務と大学運営業務に例年よりもはるかに長い時間を要したため，研究を行う時間が十分に取れなかったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
シッフ系塩基液晶のMBBA,EBBA,PBBA,BBBAでは負の粘性が発現し，ドープした導電性不純物の量によって特性が変化する事がわかったが，シッフ塩基系液晶は大気中の湿度のために劣化するため，取扱に十分注意が必要である事がわかった。その為，この点に注意して，TBBAをドープしたPBBA,BBBA粘度特性を再度測定する。さらに，ドープする物質によっても粘度特性が変化する事が予測されるので，液晶電気対流の研究で用いられているTBBA以外の導電性不純物の場合についても測定を試みる。また，負の誘電異方性を持つディスプレイ用の液晶に関しても，負の粘性の発現の有無を確認する。
上記の研究の他，負の粘性状態が試料全体で発現するまでの過程について調べる。負の粘性状態によって試料全体にわたって巨視的な自発流れが発現するが，このとき，最初は局所的な自発流れが時間と共に試料の中で揃うことによって巨視的な流れへと変化すると予想している。そこで，局所的な自発流れが巨視的な自発流れへと成長する過程を，顕微鏡観察と画像解析によって実験的に明らかにする。負の粘性状態では，激しい乱流状態になっており，相互相関関数を用いて顕微鏡の視野の中の流れ方向を推測できる可能性が高いので，相関関数を用いた粒子画像流速測定法を適応して，流れ場を矢印で示すソフトウェアを開発し，乱流の流れ場を可視化する。
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Report
(3 results)
Research Products
(23 results)
