| 研究課題/領域番号 |
17H02944
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
木村 康之 九州大学, 理学研究院, 教授 (00225070)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | マイクロレオロジー / ソフトマター / 電気泳動移動度 / 多周波同時測定 / ホログラフィック顕微鏡 |
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| 研究実績の概要 |
本年度はまず、新規にダイオード・レーザー、３軸ピエゾステージ、広帯域・高分解能のＡＤボードを導入し、交流電場印加のもとで光トラップした単一コロイド粒子の変位応答を4分割フォトダイオードで高速・高精度検出する測定系の構築を行なった。この測定系を用いて、得られた複素変位から交流電気泳動移動度、および媒質の複素粘弾性率を測定することを目指した。まず、測定系の評価のために荷電コロイド粒子希薄水溶液の複素交流電気泳動移動度スペクトルの測定を１Hz～50kHzの広帯域で測定した。その結果、数ミクロン程度の粒子では低周波数では移動度が周波数によらず一定であること、高周波数では慣性効果により移動度が低下することを明らかとなった。従って、慣性効果の補正を行えば、非荷電媒質中では、複素移動度スペクトルから媒質の粘弾性スペクトル測定が可能であることが確認された。さらに、公比２の等比数列をなす12個の周波数の正弦波重ね合わせ電場信号を入力とした多周波同時測定を行い、移動度スペクトルの広帯域・高速測定の実現に成功した。次に、開発された系を用いて水溶性高分子であるポリエチレンオキサイド水溶液の広帯域粘弾性スペクトル測定を行い、理論的に予想されている周波数スペクトルのべき則を測定することに成功した。
さらに来年度実施予定のホログラフィック顕微鏡を用いた多粒子の３次元同時追跡も前倒して実施した。特に本年度は、レイリー・ゾンマーフェルト・バックプロパゲーション（RS）法を用いた画像再構築による３次元粒子位置の推定を行った。画像解析におけるFFTの計算速度での制約があるものの、1枚の画像を用いた複数粒子位置推定を1秒程度で実行することに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度の開発を予定していた新規光学系および測定系の構築を終え、電気泳動スペクトル測定を実際に行い、交流電場下でトラップされた水中の荷電コロイド粒子の変位から広帯域・高精度の交流移動度スペクトル測定法の評価を行った。さらに、試験的に公比２の等比数列をなす12個の周波数の正弦波重ね合わせ電場信号を入力とした多周波同時測定を行い、移動度スペクトルの広帯域・高速測定の実現に成功した。
また、次年度開発予定のホログラフィック顕微鏡を用いた３次元多粒子位置同時測定を実現し、その位置決定精度の評価を実施した。以上の結果から、次年度以降種々のソフトマター複雑流体のマイクロレオロジー測定を実施可能な準備が整ったと考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
来年度は開発された測定系に新たに粒子駆動用レーザーを導入し、光駆動・光検出型の交流マイクロレオロジー測定系を構築し、帯電した系においても多周波同時スペクトル測定を可能にする。
本年度テスト的に行った粘弾性液体である高分子溶液系での測定では、高濃度では溶液からの散乱が大きく、このために電場に対する応答信号のS/Nが下がることがわかった。ことに高周波数では電場強度を適正化して、多周波重ね合わせ信号を作成する必要があることが明らかとなった。来年度はまず高精度測定を実現するための多周波重ね合わせ信号の開発を行ない、これを用いた様々な複雑流体のマイクロレオロジー測定を行う予定である。
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