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降伏応力粘弾性流体の高精度高速プリンティング手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21J10517
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分19010:流体工学関連
研究機関沖縄科学技術大学院大学

研究代表者

Chan San To  沖縄科学技術大学院大学, 科学技術研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードViscoelasticity / Edge Fracture / Liquid Metal / Galinstan / Liquid Bridges / Elastoviscoplasticity / Rheology / 流体工学 / レオロジー
研究開始時の研究の概要

Dispensing of viscoelastic fluids is common in applications like electronic packaging, food engineering and additive manufacturing. However, viscoelasticity leads to problems like slow liquid bridge breakup, stringiness and satellite droplets generation. In my research, I show that torsion can break short, capillary stable liquid bridges quickly. My study is the first attempt to take advantage of edge fracture (an often undesired viscoelastic flow instability) to benefit practical applications, which will potentially lead to new and improved fluid dispensing protocols.

研究実績の概要

Over the past two years, I've focused on exploring the behaviors of viscoelastic fluids, especially their formation into stable liquid bridges due to surface tension. Through high-speed imaging and numerical simulations, I have found that torsion can destabilize these bridges through a mechanism called edge fracture. This finding may enhance the efficiency of fluid dispensing in various industries, such as electronic packaging, food engineering, and additive manufacturing. This discovery extends beyond simple viscoelastic fluids to more complex thixotropic elastoviscoplastic (TEVP) fluids, showing its potential to be incorporated into improved dispensing protocols for real-world industrial fluids.

I have also delved into the issue of edge fracture as an undesirable phenomenon in rheological measurements. I demonstrated that sealing the fluid's free surface with Galinstan, a nontoxic liquid metal, can delay edge fracture. This simple yet effective solution extends the measurable shear rate range, providing a valuable tool for the broader rheological study of complex fluids.

Overall, my research contributes to a deeper understanding of viscoelastic fluid behavior and offers practical solutions to the challenges faced in their manipulation and measurement.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Edge fracture of thixotropic elastoviscoplastic liquid bridges2023

    • 著者名/発表者名
      San To Chan, Stylianos Varchanis, Amy Q Shen, Simon J Haward
    • 雑誌名

      PNAS Nexus

      巻: 2 号: 3 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1093/pnasnexus/pgad042

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Prevention of edge fracture using a non-toxic liquid metal sealant2023

    • 著者名/発表者名
      San To Chan, Simon J Haward, Amy Q Shen
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 35 号: 1 ページ: 011704-011704

    • DOI

      10.1063/5.0135554

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Torsional instability of constant viscosity elastic liquid bridges2022

    • 著者名/発表者名
      ST Chan, S Varchanis, SJ Haward, AQ Shen
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 18 号: 10 ページ: 1965-1977

    • DOI

      10.1039/d1sm01804c

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Torsional fracture of viscoelastic liquid bridges2021

    • 著者名/発表者名
      San To Chan, Frank P. A. van Berlo, Hammad A. Faizi, Atsushi Matsumoto, Simon J. Haward, Patrick D. Anderson, and Amy Q. Shen
    • 雑誌名

      PNAS

      巻: 118(24) 号: 24

    • DOI

      10.1073/pnas.2104790118

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Edge fracture instability of viscoelastic liquid bridges2021

    • 著者名/発表者名
      San To Chan, Frank P. A. van Berlo, Hammad A. Faizi, Atsushi Matsumoto, Simon J. Haward, Patrick D. Anderson, and Amy Q. Shen
    • 学会等名
      2021 Annual European Rheology Conference, April 13-14, 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考]

    • URL

      https://pubs.aip.org/aip/sci/article/2023/2/021101/2866758/Non-toxic-liquid-metal-proves-useful-in

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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