| 研究課題/領域番号 |
22KJ1450
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| 補助金の研究課題番号 |
22J15045 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
畠山 幸太 長岡技術科学大学, 工学(系), 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | 乾燥 / 体積分率 / 亀裂 / 粒子分散液 / 塗布 / フィルム / ラテックス / 分散液 / drying front / 液膜 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
単純なナノ粒子分散系から，可塑性などを持つより複雑な系までを用いて，塗布により薄膜を形成し，塗り広げた初期状態から乾燥中に発生する粒子流動および堆積までを鑑みた乾燥力学の構築を目的とする．独自に開発したナノ粒子分散液膜の体積分率分布を測定する手法を用いて，粒子径などの種々の条件と乾燥中の内部流動および最終堆積状態の関係性解明に取り組む．変形可能な粒子を持つ乳濁液などを用いてせん断を伴う塗布を与え，それが乾燥へと与える影響の解明を目指す．
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| 研究実績の概要 |
本研究は，単純なナノ粒子分散液からラテックスなどより複雑な系までを対象とし，フィルム形成における塗布・乾燥現象と堆積状態との関係性解明を目的とした．
デジタルカメラや光学顕微鏡を用いて，ナノ粒子懸濁液の体積分率分布を測定する手法を開発・構築した．この手法は，粒子径が30nm程度まで適用可能であり，乾燥中に発生する濃度変化を2次元で測定することが可能である．本手法により体積分率分布変化を測定すると，発生するdrying front付近において体積分率が上昇し，63%程度まで増加することが示され，これは理論値および過去のSAXSやIRによる測定値と同等であった．加えて本手法は，基板の粗さや温度を変化させた際の粒子流動を測定することが可能である．基板粗さを与えると，フィルムに発生する亀裂間隔が減少するが，この要因は見かけ上の濃度低下よりも亀裂発生のための必要応力値の低下が支配的であることを強く支持した．基板温度が増加すると中心付近の体積分率が大きく減少するが，時間経過に伴って増加する条件とそうでない条件があることが分かった．この遷移は，外縁側へと向かう流れと中心へと向かう流れの大きさで決定されていることが分かった．基板や乾燥条件が異なる条件下においても，2次元濃度変化を簡便に測定・評価することが可能となり，ナノ粒子分散液の乾燥現象のより詳細な理解に貢献すると考えられる．
これに加えて，ラテックスの凝固剤浸漬プロセスを用いたフィルム形成において，陽イオンの電荷密度の大きさが架橋やフィルム強度に直接影響することを示した．しかし，より高い電荷密度を持つ硝酸アルミニウムの場合には，フィルム形成するための温度条件を変更する必要があること，フィルムが非常にもろくなることが分かった．これらの結果は，より良い強度や伸びのラテックスフィルムを作製する際の材料選択に大きく寄与することが期待される．
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