2018 年度研究成果報告書

高磁場による流体の挙動制御に関する研究

研究課題

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研究課題/領域番号	16K05831
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
研究分野	分析化学
研究機関	国立研究開発法人物質・材料研究機構
研究代表者	廣田憲之国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (10302770)
研究期間 (年度)	2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード	高磁場 / 可視化 / 熱対流 / 磁気力 / ローレンツ力 / 弱磁性物質 / 弱磁性流体
研究成果の概要	物質に対して非接触で力学的影響を及ぼす磁場の特徴を利用して、弱磁性流体および流体中での物質の挙動を制御する手法について研究した。高磁場中における流体挙動の可視化から、導電性流体ではローレンツ力に起因した対流の抑制効果と磁気力の効果が重畳すること、空間磁場分布の選択によりそれらの寄与を分離して評価できること、プロセスの適切な設計により、自在な制御が可能になることがわかった。シミュレーションから、空間磁場分布が流体の挙動に与える影響を体系的に評価できた。流体や物質の分布、空間磁場分布や、それらの時間的な組み合わせを選択することで高磁場を利用した物質挙動の非接触制御法を高度に設計できることを示せた。
自由記述の分野	磁気科学
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究では、光学的可視化とシミュレーションにより、高磁場下での弱磁性流体挙動について理解を深めることができた。本研究で得られた知見を活用すると、空間磁場や温度・濃度の分布、磁場との時間的な組み合わせで自在な制御が可能であることを示した。これらの知見を基にすれば、タンパク質の結晶生成や、マイクロ流体セル中での各種反応・物質分離・分析など材料プロセスの最適化への応用展開が可能となると考えられ、高磁場の産業応用を加速すると期待される。