| 研究領域 | 非平衡ソフトマター物理学の創成に関する総括研究 |
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| 研究課題/領域番号 |
18068001
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
折原 宏 北海道大学, 大学院・工学研究院, 教授 (30177307)
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| 研究分担者 |
氏家 誠司 大分大学, 工学部, 教授 (40185004)
羅 亮皓 北海道大学, 大学院・工学研究院, 助教 (00421991)
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| キーワード | レオロジー / トポロジー / 高分子ブレンド / 電気粘性 / 共焦点レーザー顕微鏡 / マックスウェル応力 / 界面テンソル / 界面張力 |
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| 研究概要 |
互いに相溶しない2種類の流体を混合すると単一の流体には無い新たなレオロジー的性質が現れることが古くから知られており、その制御は工業的に重要である。本研究では流動および電場下において非相溶高分子ブレンドの3次元動的構造観察とレオロジー測定が同時にできるシステムを構築し、非平衡系における構造とレオロジーの関係、さらに転移機構を明らかにする。平成21年度までの研究により、ステップ電場を印加したときの構造変化とレオロジーの関係が界面テンソルにより関係づけられることが分かってきた。今年度は、さらに詳細な定量的測定および理論的考察を行なった。せん断流下で非相溶高分子ブレンドにステップ電場を印加すると、ドロプレットが分散した状態からドロプレットが伸びてカラムになった状態を経て、最終的にはネットワーク構造が形成される。この過程における構造を特徴づける界面テンソルを得られた3次元画像より求めた。非相溶高分子ブレンドでは2相の間に界面が存在するが、その界面上の単位法線ベクトルからつくられる2階のテンソルが界面テンソルである。一方、せん断応力はバルクの粘性応力、界面張力を起源とする応力、電気的なマックスウェル応力の和として表わされる。今回、これらの寄与を実験的に初めて分離することに成功した。過渡過程において粘性応力は一定値をとるが、界面張力からの寄与とマックスウェル応力はいずれも界面テンソルに比例することがわかった。界面張力を起源とする応力についてはすでに理論的に界面テンソルに比例することが示され、実験的にもドロプレットに対しては検証されていたが、より複雑なカラムおよびネットワーク構造で実証したのは本研究が初めてである。さらに、マックスウェル応力との比例関係についても理論的な導出を行なうことができた。
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