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Development of EMS Rheology Microscope

Research Project

Project/Area Number 18H01881
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 29030:Applied condensed matter physics-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

酒井 啓司  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (00215584)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2019: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywordsレオロジー / 電磁駆動 / 粘弾性 / 顕微測定 / 特殊環境 / 電磁駆動式 / 遠隔測定 / 非接触測定 / 局所粘弾性
Outline of Annual Research Achievements

本研究ではソフトマテリアルの粘弾性測定の空間分解能をマイクロメートル域にまで向上させ、かつその分布を2次元的にとらえることができるレオロジー顕微鏡を作製する。このシステムでは独自に開発した電磁駆動回転方式の粘弾性測定手法を微小回転プローブに適用することにより空間分解能をこれまでに比して飛躍的に向上させる。この手法は試料中に配置した球状のプローブに遠隔にトルクを印加し、これに対する運動から非接触で粘性を決定できるという他の力学物性測定装置にはない特徴を有している。この技術と顕微画像解析手法とを組み合わせてソフトマテリアル内部の複数の微小プローブの運動を観察し、レオロジー的な性質の分布を画像として取得する。最終的には安価で簡便な汎用レオロジー観察装置として市場に供給することを目標とする。本年度は実際に粘性が経時変化する試料について、粘性変化を長時間にわたって連続モニタリングすることを試みた。例えば液体中に収容された固体状の物質が溶解することにより溶液の濃度が大きくなっていく場合などでは、容器の底部に接触した回転子にはその接触部に溶質が析出することにより滑らかな回転を阻害する恐れがある。このため回転子を浮力により試料内に浮上させ、溶液中に回転子と容器の接点を持たない新しい形状の回転子を開発した。この回転子により、ショ糖が水に溶解してゆく様子をモニタリングし、20日間にわたってショ糖濃度の増加により徐々に粘性が増加してゆく様子を連続して観察することに成功した。さらにこれまでは画像から読み取っていたプローブの回転を、磁場変化から読み取る新しい技術の開発に着手した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画についてはおおむね順調に進行しており、さらに以下に記すような計画以上の成果を達成することができた。すなわち本研究では局所的な粘弾性を画像としてとらえることを目的とするが、さらに様々な工業プロセスで進行する粘弾性の経時変化測定への拡張が求められる。このような現象は圧力や温度を制御した 密閉環境下で現れることが多く、このため試料のサンプリングにより外気に触れる測定を避ける必要がある。本年度の研究では、プローブの回転をその中に装着した微小な磁石による磁場変動からとらえることに成功した。これにより不透明な試料、あるいは金属など光を透過しない材質で構成された試料セル内部でも本方式による粘性測定が可能になった。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究では当初の予定通り実際に粘弾性の分布が予想される試料について、レオロジー的な性質の長時間時間経過の観察を行い、作製した測定システムの性能を検証する。また本研究を進める中で、粘弾性のみなら ずレオロジー的性質が異なる複数の相間の界面エネルギーの測定を可能にする着想を得、これを発展させて分子混合系などで重要な役割を果たす不溶系ポリマーブレンドにおける微視的界面張力測定をさらに進めていく予定である。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(17 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results) Remarks (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results)

  • [Journal Article] introduction of rheometry to researchers of iltrasonics2021

    • Author(s)
      K. Sakai
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 60

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abf07e

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Measurement of interfacial properties among fluids by micro-droplets observation2021

    • Author(s)
      R. Yokota, T. Hirano, S. Mitani, and K. Sakai
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 60

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abe688

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fluidity measurement of human and synthetic analogous bloods using an electromagnetically spinning rheometry2020

    • Author(s)
      T. Hirano, S. Mitani, and K. Sakai
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab78e9

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Remote measurement of viscoelasticity by electro-magnetically spinning system2019

    • Author(s)
      M. Hosoda, T. Hirano, Y. Yamakawa, and K. Sakai
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 58 Issue: SG Pages: SGGA01-SGGA01

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab0df5

    • NAID

      210000156764

    • ISSN
      0021-4922, 1347-4065
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] In-vitro evaluation of blood fluidity using an electromagnetically spinning rheometry system2019

    • Author(s)
      T. Hirano, S. Mitani, and K. Sakai
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Issue: SG Pages: SGGA03-SGGA03

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab0ba4

    • NAID

      210000156758

    • ISSN
      0021-4922, 1347-4065
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Remote sensing of temperature dependence of viscosity below the freezing point by electromagnetically spinning system2020

    • Author(s)
      T.Hirano, K. Sakai
    • Organizer
      Ultrasonic Symposium
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電磁力を利用した新規高精度レオロジー計測手法の開発2020

    • Author(s)
      酒井啓司
    • Organizer
      日本レオロジー学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Introduction to Rheometry2020

    • Author(s)
      Keiji Sakai
    • Organizer
      Ultrasonic Symposium
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fluidity measurement of gel-like microparticle dispersion by EMS system for assessing mechanical properties of dispersed particle2019

    • Author(s)
      T. Hirano, S. Mitani, and K. Sakai
    • Organizer
      ymposium on Ultrasonic Electronics
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Applications of EMS rheometry from viewpoint of remote sensing2019

    • Author(s)
      T. Hirano, S. Mitani, and K. Sakai
    • Organizer
      The Society of Rheology 91st Annual Meeting
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Remoto sensing of coagulation process by electro-magnetically spinning system2019

    • Author(s)
      K. Sakai, M. Hosoda*, and Y. Yamakawa
    • Organizer
      The Society of Rheology 91st Annual Meeting
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] http://sakailab.iis.u-tokyo.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] http://sakailab.iis.u-tokyo.ac.jp/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] http://sakailab.iis.u-tokyo.ac.jp/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 力学物性の測定方法2020

    • Inventor(s)
      酒井啓司
    • Industrial Property Rights Holder
      東京大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2020-095902
    • Filing Date
      2020
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 物性の計測装置及び方法2018

    • Inventor(s)
      酒井啓司
    • Industrial Property Rights Holder
      東京大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2018
    • Acquisition Date
      2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 物性の計測装置及び方法2018

    • Inventor(s)
      酒井啓司
    • Industrial Property Rights Holder
      東京大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2018-044886
    • Filing Date
      2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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