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2023 年度 実績報告書

ペーストのメモリー効果における記憶保持能力の多様性

研究課題

研究課題/領域番号 20K03886
研究機関日本大学

研究代表者

中原 明生  日本大学, 理工学部, 教授 (60297778)

研究分担者 狐崎 創  奈良女子大学, 自然科学系, 教授 (00301284)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード記憶効果 / レオロジー / 破壊の制御 / 塑性流体 / コロイド
研究実績の概要

粉と液体を混ぜた高濃度コロイドサスペンション(ペースト)は塑性によって揺れ(振動)や流れ(剪断)などの己の動きを記憶し、乾燥させた時に発生する亀裂の伝播方向はその記憶によって決まる(ペーストのメモリー効果)。ペーストが塑性を持ち己の動きを記憶するメカニズムとして、コロイド粒子間の引力的相互作用によって形成されるネットワーク構造が重要であると考えられる。コロイド粒子が溶液中で帯電している場合はクーロン斥力によってネットワークが形成されにくくなり記憶効果が発現しにくい。本研究により紐状の糖類をペースト中に添加する量を調整することでコロイド粒子間の相互作用を引力的にも斥力的にもすることができ(少量の添加はポリマーブリッジ効果で引力、多量の添加はラッピング効果で斥力)、その結果記憶効果を促進したり抑制したりできることが分かった。
ペーストが揺れを記憶した場合は揺れた方向に垂直に、流れた場合は流れた方向に平行に亀裂が伝播することが知られていたが、本研究では揺れの記憶と流れの記憶の境界を定量化する実験を行った。レオメーター下でペーストに振動剪断歪みを印加してから乾燥破壊をさせたところ、揺れの記憶の垂直縞状亀裂と流れの記憶の平行縞状亀裂のどちらが発生するかは振動剪断歪みの振幅だけで決まることと、流れの記憶のためには振動を加える必要もないことが分かった。すなわち、揺れを記憶する構造は振動する微小剪断歪みを起因としており、流れを記憶する構造は一方向の大変形を伴う剪断歪みを起因としていることが分かった。この結果を元に、ペーストがスリットを通過して流れる前後で亀裂の伝播方向が変化する現象の説明も可能であると考えられる。上記実験結果の画像解析を行うにあたり、特定の方向に伝播する亀裂の異方的な構造を解析するために情報エントロピーを用いた異方性の定量化法を提案し、実際に解析に有効であることも示した。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 1件)

  • [国際共同研究] HAS(ハンガリー)

    • 国名
      ハンガリー
    • 外国機関名
      HAS
  • [雑誌論文] Transition condition between memories of vibration and flow in the memory effect of paste2024

    • 著者名/発表者名
      Uemura Chihiro、Nakahara Akio、Matsuo Yousuke、Iwata Takahiro
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 109 ページ: 034604(1-7)

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.109.034604

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Assisting and eliminating memory effects of paste by adding polysaccharides2023

    • 著者名/発表者名
      Baba Ryu、Fujimaki Kazuhiro、Uemura Chihiro、Matsuo Yousuke、Nakahara Akio、Muramatsu Akinori
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 108 ページ: 054602(1-24)

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.108.054602

    • 査読あり
  • [学会発表] 破壊に見る流れの記憶2024

    • 著者名/発表者名
      中原明生
    • 学会等名
      研究会「計算統計物理の今日と明日」(東京大学工学部)
    • 招待講演
  • [学会発表] ペーストのポリゴン状亀裂パターンにおける異方性の転移と火星地形への応用に関する研究2024

    • 著者名/発表者名
      植村千尋、中原明生、松尾洋介、岩田隆浩
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2024年大会
  • [学会発表] パラフィンワックスの冷却によって生じる亀裂の研究II2024

    • 著者名/発表者名
      佐久間絢子、狐崎創
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] 情報エントロピーを用いた異方的な亀裂パターンの定量化2024

    • 著者名/発表者名
      藤巻和宏、馬場龍、植村千尋、松尾洋介、中原明生、村松旦典
    • 学会等名
      奈良非線形研究会(奈良女子大学理学部)
  • [学会発表] 糖の添加量を調整してペーストのメモリー効果を促進したり抑制する実験2024

    • 著者名/発表者名
      馬場龍、藤巻和宏、植村千尋、松尾洋介、中原明生、村松旦典
    • 学会等名
      奈良非線形研究会(奈良女子大学理学部)
  • [学会発表] ペーストのメモリー効果における揺れの記憶と流れの記憶の転移条件2024

    • 著者名/発表者名
      植村千尋、中原明生、松尾洋介、岩田隆浩
    • 学会等名
      奈良非線形研究会(奈良女子大学理学部)
  • [学会発表] パラフィンワックスの冷却によって生じる亀裂の研究2024

    • 著者名/発表者名
      佐久間絢子、狐崎創
    • 学会等名
      奈良非線形研究会(奈良女子大学理学部)
  • [学会発表] 粉体の接触角がペーストのメモリー効果に及ぼす影響2023

    • 著者名/発表者名
      小田桐和奏, 松尾洋介, 中原明生, 狐崎創
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
  • [学会発表] パラフィンワックスの冷却によって生じる亀裂の研究2023

    • 著者名/発表者名
      佐久間絢子、狐崎創
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会

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公開日: 2024-12-25  

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