Study on rheology of liquids with multiscale structures by means of high-frequency shear impedance spectroscopy
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19K03768
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山口 毅 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80345917)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松岡 辰郎 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (60252269)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 構造緩和 / 高粘性液体 / 粘弾性 / マルチスケール / 横波超音波 / レオロジー / 超音波スペクトロスコピー / 液体構造 / 粘度 |
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| Outline of Research at the Start |
長さスケールが異なる複数の特徴的構造を有する液体について、MHz~GHz帯での複素粘性係数を測定し、各構造が粘性に与える寄与を実験的に明らかにする。緩和時間は構造により異なることから、複数の構造に起因する粘弾性緩和を評価するためには、幅広い周波数帯での測定が必要になる。そのため、無電極水晶振動子を用いたずりインピーダンス法による測定装置を開発し、複素粘性係数測定の上限周波数を1 GHz程度まで拡張する。NI転移付近の液晶等方相、高級アルコール、長いアルキル鎖を持つイオン液体などを対象とする。MDシミュレーションや、音響光学的手法による並進配向結合の測定も合わせて結果を検討する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
Lithium bis(trifluromethanesulfonyl)amide (LiTFSA)の水溶液の粘弾性緩和スペクトルを25℃、21 mol/kgで測定した。測定周波数域は5 MHz ~ 3 GHzであり、測定は既存の金電極付QCM-D法（5 ~ 205 MHz）と本研究課題で開発した無電極水晶振動子を用いたQCM-D法（65 MHz ~ 3 GHz）を併用して用いた。超音波吸収法およびBrillouin散乱で測定した濃厚水溶液の縦波粘性率から本測定で決定したずり粘性率の寄与を差し引くことで体積粘性率の周波数依存性を求めた。ずり粘性率と体積粘性率の周波数依存性は概ね一致し、ずり粘性と体積粘性は同種の微視的構造緩和を反映していることが示唆された。既報の中性子準弾性散乱スペクトルとの比較からは、8 ~ 12 nm-1付近に見られるアニオンのパッキング構造の緩和の重要性が示された。
粒径約30 nm、質量分率50 wt%のコロイダルシリカ水溶液の複素粘性係数を5 MHz ~ 3 GHzの周波数領域で測定した。定常粘度が31 mPasであるのに対し10 MHzでの粘度は3 mPas程度であることから、数MHz又はそれより低い周波数帯で大きな粘弾性緩和が存在することが示唆された。また100 MHz帯に緩和周波数を持つ緩和も観測された。高周波数側の緩和は縦波超音波でも観測されるものであり、縦波超音波緩和について提案されている機構からは粒子周りの流体の乱れに帰属される。また低周波数側の緩和は粒子の相対位置の変化を伴う構造緩和に起因するものと考えられる。コロイド溶液の粘性に対する異なる機構を周波数軸で実験的に分離できることを示したのは本研究が初であり、今後様々な系への展開が期待される。
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Report
(5 results)
Research Products
(29 results)
