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2021 年度 実績報告書

新しい流動中性子小角散乱による紐状ミセル溶液のずり粘稠挙動の発現機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K05413
研究機関一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発

研究代表者

岩瀬 裕希  一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 副主任研究員 (70391266)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード中性子小角散乱 / レオロジー / ずり粘稠 / 紐状ミセル / カチオン性界面活性剤
研究実績の概要

今年度は昨年度の結果を踏まえ、最初に中性子小角散乱(SANS)測定用のシアセルの高度化を行い、イオン性界面活性剤溶液で観測されるずり粘稠挙動(粘度が急激に上昇する挙動)の発現機構を明らかにすることを目指した。
昨年度制作したSANS測定用シアセルでは、低い剪断速度範囲において安定して動作しない問題が生じていたが、ギア比の変更や、高トルクのモーターを導入して解決した。また、試料のマクロな状況(泡の存在など)を目視できるようにセルの窓の部分を改良した。
このシアセルを用いて、カチオン性ジェミニ型界面活性剤水溶液についてシア-SANS測定を行った。界面活性剤は水溶液中では紐状(棒状)ミセル構造を形成する。そのミセルが静置条件ではランダムに分散していることをまず確認した。ずり粘稠が観測される剪断速度よりも速い流動を印加すると、ミセルは流れ方向と平行に配向し、その配向度は剪断速度の増加に伴って高くなることがわかった。また、流動を印加するとセルの流路の幅(1.5mm幅)において、速度勾配ができる。流路の内側と外側でそれぞれ中性子(ビーム幅0.5mm幅)を照射して測定した結果、速度勾配が緩急によってミセルの数が変化することも確認され、シアバンドの存在を示唆する結果を得ることに成功した。現在、定量解析を行い、ずり流動印加による微視的なミセルの構造変化と巨視的なシアバンド形成の因果関係をさらに解析を進めている。現在、速度勾配の緩急の影響を詳しく調べるために、シアセルの窓材を変更し、放射光X線を用いて流路内を細く分割して測定することを計画している。また、今回の成果を基に、ずり粘稠とは逆に、流動の印加によって粘度が減少する「ずり減粘」の機構解明を目指した測定への展開を図っている。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Rheo-SANS Study on Shear Thinning Behavior of Cationic Gemini Surfactant (12?2?12) in Salt-free Solution2021

    • 著者名/発表者名
      Iwase Hiroki、Kawai Risa、Yoshimura Tomokazu、Takata Shin-ichi
    • 雑誌名

      JPS Conf. Proc.

      巻: 33 ページ: 011078

    • DOI

      10.7566/JPSCP.33.011078

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Polarization analysis for small-angle neutron scattering with a <sup>3</sup>He spin filter at a pulsed neutron source2021

    • 著者名/発表者名
      Okudaira Takuya、Ueda Yuki、Hiroi Kosuke、Motokawa Ryuhei、Inamura Yasuhiro、Takata Shin-ichi、Oku Takayuki、Suzuki Jun-ichi、Takahashi Shingo、Endo Hitoshi、Iwase Hiroki
    • 雑誌名

      Journal of Applied Crystallography

      巻: 54 ページ: 548~556

    • DOI

      10.1107/S1600576721001643

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rapid controlled release by photo-irradiation using morphological changes in micelles formed by amphiphilic lophine dimers2021

    • 著者名/発表者名
      Akamatsu Masaaki、Kobayashi Kazuki、Iwase Hiroki、Sakaguchi Yoshifumi、Tanaka Risa、Sakai Kenichi、Sakai Hideki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41598-021-90097-7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Combined Small-Angle Neutron Scattering/Small-Angle X-ray Scattering Analysis for the Characterization of Silver Nanoparticles Prepared via Photoreduction in Water-in-Oil Microemulsions2021

    • 著者名/発表者名
      Harada Masafumi、Yamamoto Miho、Iwase Hiroki
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 37 ページ: 13085~13098

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.1c02235

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Contrast Variation Small-Angle Neutron Scattering Study of Solubilization of Perfumes in Cationic Surfactant Micelles2021

    • 著者名/発表者名
      Akamatsu Masaaki、Saito Kai、Iwase Hiroki、Ogura Taku、Sakai Kenichi、Sakai Hideki
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 37 ページ: 10770~10775

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.1c01489

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct Observation of the Relationship between Thixotropic Behavior and Shear-Induced Orientation of Clay Particles in Synesthetic Hectorite Suspensions2021

    • 著者名/発表者名
      Iwase Hiroki、Kubota Munehiro、Itoh Tetsuji、Ogura Toshihiko、Ebina Takeo、Ohtani Hiroyuki、Kurosaka Keiichi、Fukushima Yoshiaki
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 37 ページ: 6435~6441

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.1c00404

    • 査読あり
  • [学会発表] 中性子小角・広角散乱装置「TAIKAN」における調湿環境の開発2022

    • 著者名/発表者名
      岩瀬裕希、有馬 寛、高田慎一、宮﨑 司
    • 学会等名
      2021年度量子ビームサイエンスフェスタ(オンライン開催)
  • [学会発表] Stroboscopic SANS解析による高速光応答性界面活性剤ミセルの時分割構造解析2021

    • 著者名/発表者名
      岩瀬裕希, 赤松允顕, 稲村泰弘, 坂口佳史, 小林一貴, 酒井秀樹
    • 学会等名
      日本中性子科学会第21回年会(オンライン開催)

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公開日: 2022-12-28  

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