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2021 年度 実績報告書

伸長流動下と剪断流動下における高分子ダイナミクスの統一的理解

研究課題

研究課題/領域番号 19H02775
研究機関京都大学

研究代表者

渡辺 宏  京都大学, 化学研究所, 教授 (90167164)

研究分担者 松宮 由実  京都大学, 化学研究所, 准教授 (00378853)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードA型 Rouse 鎖 / 非平衡ダイナミクス / 摩擦低下 / 熱揺動力変化 / 非線形弾性効果 / 流動誘電緩和 / 流動拡散 / 非線形レオロジー
研究実績の概要

非絡み合い鎖に対する標準モデルである Rouse モデルに対して、局所摩擦 z, バネ強度 k, および 熱揺動力の強度 B が流動によって変化することを考慮して運動方程式を精密解析した。この解析においては、Rouse 鎖が主鎖骨格に平行な A 型双極子を持つと考え、また、 z と B がテンソル型の異方性を示す可能性があることを考慮して、鎖の末端間ベクトルのダイナミクスを反映する誘電損失 e" を z, k, および B を用いて一般的かつ解析的に表現することに成功した。その結果、流動の渦度方向の e" の緩和モード分布は流動に一切影響されないが、速度勾配方向の e" の緩和モード分布は z の off-diagonal 成分が大きければ流動によって広幅化することや、いずれの方向についても e" の緩和強度は k の非線形性に支配されることなど、特徴的挙動が明らかとなった。また、流動下の拡散挙動についても解析を行い、各方向の拡散係数がテンソル型の B の非線形性に支配されることなどを明らかにした。さらに、粘度や第一法線応力差係数というレオロジー量についても、k およびテンソル型の z, B を用いた解析的表現の導出に成功した。
上記の結果は、非絡み合い A 型鎖(例えば低分子量のポリイソプレン)に対する流動誘電緩和データと流動拡散データから z, k, および B の非線型性を実験的に決定できること、この非線形性はレオロジーデータを用いて検証できることを意味する。この検証は本研究の発展として R4年以降に行う予定であるが、現在、流動誘電緩和測定に必要なジグ(コーン・プレート型電極)を作成中である。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 8件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Effect of yield stress on stability of block copolymer electrolytes against lithium metal electrodes2022

    • 著者名/発表者名
      S. Chakraborty, G. K. Sethi, L. Frenck, A. S. Ho, I. Villaluenga, H. Wantanabe, and N. P. Balsara
    • 雑誌名

      ACS Appl. Energy Mater.

      巻: 5 ページ: 852-861

    • DOI

      10.1021/acsaem.1c03288

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Rheo-Dielectrics and Diffusion of Type-A Rouse Chain under Fast Shear Flow: Method of Evaluation of Non-equilibrium Parameters for FENE, Friction-Reduction, and Brownian Force Intensity Variation2022

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, Y. Matsumiya, and H. Watanabe
    • 雑誌名

      J. Soc. Rheol. Japan

      巻: 50 ページ: 253-268

    • DOI

      10.1678/rheology.50.253

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-Universal Feature in Uniaxially Extensional Rheology of Linear Polymer Melts and Concentrated Solutions: A Review2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsumiya and H. Watanabe
    • 雑誌名

      Prog. Polym. Sci.

      巻: 112 ページ: 101325 (1-22)

    • DOI

      10.1016/j.progpolymsci.2020.101325

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Revisiting Nonlinear Flow Behavior of Rouse Chain: Roles of FENE, Friction-Reduction, and Brownian Force Intensity Variation2021

    • 著者名/発表者名
      H. Watanabe, Y. Matsumiya, and T. Sato
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 54 ページ: 3700-3715

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.1c00013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Viscoelastic and Dielectric Behavior of Polyisoprene Monofunctionally Head-modified with Associative Metal-Carboxylate Group2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsumiya, H. Watanabe, N. Sukhonthamethirat, and V. Vao-soongnern
    • 雑誌名

      J. Soc. Rheol. Japan

      巻: 49 ページ: 189-197

    • DOI

      10.1678/rheology.49.1

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Phase Equilibrium and Dielectric Relaxation in Mixture of 5CB with dilute Dimethyl Phthalate: Effect of Coupling between Orientation and Composition Fluctuations on Molecular Dynamics in Isotropic One-Phase State2021

    • 著者名/発表者名
      R. Shimada, O. Urakawa, T. Inoue, and H. Watanabe
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 17 ページ: 6259-6272

    • DOI

      10.1039/D1SM00496D

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Constitutive Equation for Rouse Model Modified for Variations of Spring Stiffness, Bead Friction, and Brownian Force Intensity Under Flow2021

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, Y. Kwon, Y. Matsumiya, and H. Watanabe
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 33 ページ: 063106 (1-11)

    • DOI

      10.1063/5.0055559

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonlinear Rheology of Telechelic Ionomers based on Sodium Sulfonate and Carboxylate2021

    • 著者名/発表者名
      S. Liu, Z. Zhang, Q. Chen, Y. Matsumiya, and H. Watanabe
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 54 ページ: 9724-9738

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.1c01350

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Revisiting Nonlinear Flow Behavior of Rouse Chain2021

    • 著者名/発表者名
      H. Watanabe
    • 学会等名
      The Society of Rheology 92nd Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] 修正Rouseモデルに基づく非絡み合い高分子の非線形レオロジー挙動の考察2021

    • 著者名/発表者名
      渡辺 宏
    • 学会等名
      日本第69回レオロジー討論会
  • [学会発表] 流動下における修正Rouseモデルの構成方程式2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤 健
    • 学会等名
      日本第69回レオロジー討論会
  • [備考] Laboratory of Molecular Rheology

    • URL

      https://molrheo.kuicr.kyoto-u.ac.jp/

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公開日: 2022-12-28  

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