研究課題/領域番号 |
21H01693
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研究種目 |
基盤研究(B)
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配分区分 | 補助金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分27010:移動現象および単位操作関連
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研究機関 | 岡山大学 |
研究代表者 |
小野 努 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (30304752)
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研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
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キーワード | マイクロ流体 / 湿式紡糸 / 相転移誘起 / 分子配向性 / マイクロ流路 / せん断力 / CFD / 流動 / 相転移 / せん断場 / 剪断場 / 配向性 |
研究開始時の研究の概要 |
マイクロ流路内の制御された流体挙動は,乳化(液滴),相転移,相分離,核生成などの制御された界面形成反応を均一に誘起でき,溶媒拡散によってミリ秒スケールで精密なコロイド材料へと成形加工できる。マイクロ空間内におけるこの迅速な固体析出挙動時に剪断場が材料の力学物性をいかに向上させるかを明らかにする。特に,高剪断場における相転移挙動誘起によって分子配向性および力学特性等を向上させる機構を,拡散による物質移動や流体特性の変化からマイクロ空間特有の操作条件と機能発現の関係性を明らかにしていく。
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研究実績の概要 |
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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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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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今後の研究の推進方策 |
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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