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2019 年度 実績報告書

ナノ空間流体の非線形性生成メカニズムの極限微視的計測による検証

研究課題

研究課題/領域番号 17K05064
研究機関大阪電気通信大学

研究代表者

影島 賢巳  大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (90251355)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード原子間力顕微鏡 / 粘弾性 / 非線形応答 / 生体適合性高分子 / 臨界2成分系 / 臨界カシミール効果 / 相関長
研究実績の概要

ナノ空間の流体の非線形応答をミクロな視点から探るため、磁気力変調方式の原子間力顕微鏡を用いた粘弾性計測手法を応用し、溶媒で膨潤した高分子層の力学応答を計測した。親水性の強いガラスコロイド探針と、疎水性に近いガラス状カーボン球探針の2種を用いて、生体適合性ポリマーである2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)でコートしたSi基板の水中での粘弾性応答を、ナノメータレベルの低振幅で計測し、複素粘弾性から導いた緩和時の振幅依存性を比較検討し、ようやくその界面滑りによるメカニズムの描像が描けてきた。これらを、高分子鎖の界面滑りへの力学的寄与に関する理論計算と比較して、良好な一致を得ることができた。
一方、同様な粘弾性計測手法を応用し、臨界2成分系で臨界カシミール効果によって親水性の2表面間に出現する特異な力と、同時に現れる粘性の異常を同時計測するデータを提示した。これらについて解析を進めた結果、当初期待された力の極性とは逆向きの斥力であることがわかった。これは、試料として用いたマイカの表面から液相に放出されたイオンが、液相の2成分への2成分への溶解度の違いによって、双分離の相関長に従った分布をし、力の極性を反転させるとともに、臨界カシミール効果をさらに増強させるという、非常に興味深い現象によるものではないかと推測した。これは、これまでに報告例のない現象である。また、同時に計測された粘性の異常にについては、これまでの理論の多くが、相関長よりも大きな距離レンジを想定していたのに対して、相関長と同程度もしくはそれ以下の距離の測定例として貴重なものであり、理論にも一石を投じる可能性のあるものである。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2019

すべて 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] Critical Casimir Effect as a Complex Response of Near-Critical Binary Liquid Mixture Analyzed with Atomic Force Microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Masami Kageshima
    • 学会等名
      17th International Conference on Liquid and Amorphous Metals (LAM-17)
    • 国際学会
  • [学会発表] 液-液相分離の力学計測2019

    • 著者名/発表者名
      影島賢巳
    • 学会等名
      2019年度先端分析・機能創発研究会
  • [学会発表] 臨界2成分系における臨界カシミール効果と粘性の挙動の計測2019

    • 著者名/発表者名
      影島賢巳
    • 学会等名
      第9回ソフトマター研究会

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公開日: 2021-01-27  

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