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電場を印加すると固化し、除去すると再び流動化する流体をエレクトロレオロジー(ER)流体と呼ぶ。また、絶縁性液体に高電場を印加すると、流体内部に二次的な循環流が発生することがあり、これを電気流体力学(EHD)効果と呼ぶ。本研究の目的は、この2つの現象を応用して、液体モータなどソフトマシンを構築するために新規流体デバイスの設計基盤を確立することにある。
1.2種類のER流体を開発した。1つは、メソポーラスシリカに銅フタロシアニンをドープした粒子であり、細孔へのドーピングだけで顕著ER効果が発現することを明らかにした。2つ目は高分子のブレンド粒子を分散した流体であり、単独ではER効果を示さない高分子でも溶融ブレンドするとER効果が発現することを明らかにした。
2.ER流体は2枚の平行電極間に挟まれて電場が加えられるが、1枚の平板上に櫛形電極を形成してその上のER流体に電場を印加したところ、表面に波状の周期パターンが形成された。周期はER流体の厚さにより変化することを示し、粒子の電気泳動とER効果に起因する鎖状構造の形成の2つの複合効果によることを明らかにした。
3.一方が自由に回転する2枚の円板上に放射状の電極を形成し、間隙にER流体を挟み、円板上を回転するかのように時間差をつけて電圧を印加したところ、円板が回転運動することを示した。電極間の鎖状構造が電場方向に配列しようとするため円板が回転するものであり、ERモータの基礎となる。
4.絶縁性液体に直流の高電圧を印加すると、内部にジェット流が生じ、高速の循環流が発生することが知られているが、このジェット流を水中で発生させることに成功した。また、これを応用してインクジェットデバイスを試作した。絶縁性液体のEHD流動に関しては秒速数cmオーダーと説明されているが、秒速1m以上の高速ジェットの発生についてシミュレーションで再現することに成功した。
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