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2021 年度 実績報告書

マイクロ流路内における高剪断場相転移誘起による配向性向上と機能発現設計

研究課題

研究課題/領域番号 21H01693
配分区分補助金
研究機関岡山大学

研究代表者

小野 努  岡山大学, 自然科学学域, 教授 (30304752)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワードマイクロ流路 / せん断場 / CFD / 流動
研究実績の概要

本研究を効果的に推進していくた めに,「マイクロ流路設計」「流動・異相界面制御」「物質移動・溶液物性解析」「圧力損失計算・流量計測」の4つの要素技術を検証して制御することが重要である。しかしながら,実際の流路内の流動状態は微細流路になるほど高速となり,直接観察が困難である。そこで,流路設計と流動制御に関する知見を得るために,CFDによるシミュレーションから微細流路内の挙動を推測し,それを基に流路構造を設計した検討を行ってきた。なかでも,ジェット流から繊維を得る場合には,様々な高分子溶液がノズル出口において高流量の外相溶液によって絞られて“Taylor cone”形状を作り出す。その後にオリフィスを設けることで,流れ方向への圧倒的な線速度増加をもたらし,ジェット流が安定に形成されることが見いだされた。この間に物質移動速度も高めた条件を見出すことで,高せん断場での相転移が誘起されて得られた繊維状生成物内の分子配向性を高めることができた。また,流路内で作製した単分散液滴の内部で相分離挙動を誘起することを,流体内の溶液組成で制御できることも見出すことができ,相分離時の物質移動速度が相分離後の構造に影響を与える知見が得られるようになった。この点については,成分系の相図を活用し,組成変化の様子を詳細まで観察したことが重要であり,単分散液滴での観察であることから,粒径から体積変化を算出できて精度の高い実験が行えたことが大きい。

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

CFDシミュレーションを駆使することで,高速で流れる微細流路内の流動挙動を推測することができ,それを基に実際の実験系に反映したところ,当初の仮定が正しいことが証明されたことから,実験挙動の理解が大きく進み,当初の研究計画が順調に進むこととなったため。

今後の研究の推進方策

今後もCFDシミュレーションは流動状態を確認するうえで大きな情報源となることから,実験とシミュレーションを並行して比較検討することで,これまで明らかにされていなかったミリ秒単位の相転移挙動に与える因子を解明していくことに注力していきたい。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021

すべて 学会発表 (8件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [学会発表] マイクロ湿式紡糸デバイスの流路構造がJet流の安定性に及ぼす影響2022

    • 著者名/発表者名
      末光聖, 真鍋緑, 渡邉貴一, 小野努
    • 学会等名
      化学工学会 第24回化学工学会学生発表会
  • [学会発表] マイクロ湿式紡糸法を用いた構造色繊維の調製2022

    • 著者名/発表者名
      渡邉栞菜, 渡邉貴一, 小野努
    • 学会等名
      化学工学会 第24回化学工学会学生発表会
  • [学会発表] Flow-induced production of polymer materials with microfluidics2022

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Ono, Takaichi Watanabe
    • 学会等名
      International Chemical Engineering Symposia 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マイクロ湿式紡糸法によるコラーゲン繊維の調製2021

    • 著者名/発表者名
      野創也, 渡邉貴一, 小野努
    • 学会等名
      日本繊維機械学会第74回年次大会
  • [学会発表] マイクロ湿式紡糸法によるポリアミック酸ナノ繊維の調製2021

    • 著者名/発表者名
      岡田慧, 渡邉貴一, 小野努
    • 学会等名
      日本繊維機械学会第74回年次大会
  • [学会発表] マイクロ湿式紡糸法を用いたポリ乳酸繊維調製における送液条件が結晶性に与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      渡邉貴一, 松本彬, 小野努
    • 学会等名
      日本繊維機械学会第74回年次大会
  • [学会発表] マイクロ流体デバイスを利用した鈴型マイクロカプセルの形成機構の解析2021

    • 著者名/発表者名
      坂井優子, 渡邉貴一, 小野努
    • 学会等名
      化学工学会 第52回秋季大会
  • [学会発表] W/O/Wエマルションを鋳型としたマイクロカプセルの膜構造制御2021

    • 著者名/発表者名
      真鍋緑,渡邉貴一,小野努
    • 学会等名
      化学工学会 第52回秋季大会

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公開日: 2022-12-28  

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