2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of EMS Rheology Microscope
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18H01881
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
酒井 啓司 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (00215584)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | レオロジー / 粘弾性 / 電磁駆動式 / 遠隔測定 / 非接触測定 / 局所粘弾性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではソフトマテリアルの粘弾性測定の空間分解能をマイクロメートル域にまで向上させ、かつその分布を2次元的にとら えることができるレオロジー顕微鏡を作製する。このシステムでは独自に開発した電磁駆動回転方式の粘弾性測定手法を微小回転プローブに適用することにより空間分解能をこれまでに比して飛躍的に向上させる。この手法は試料中に配置した球状のプローブに遠隔にトルクを印加し、これに対する運動から非接触で粘性を決定できるという他の力学物性測定装置にはない特徴を有している。この技術と顕微画像解析手法とを組み合わせてソフトマテリアル内部の複数の微小プローブの運動を観察し、レオロジー的な性質の分布を画像として取得する。最終的には安価で簡便な汎用レオロジー観察装置として市場に供給することを目標とする。本年度は微小球を回転させるためのベクトル磁場を発生させる磁気回路の設計ならびにその制作を行った。このベクトル磁場を生成する機構として、交流電源で駆動する電磁石の組を採用した。微小回転子を有効に駆動する磁場の生成は電磁石の採用による磁場回転数の増加と、微小磁気回路の製作によって実現した。またレーザー照射下において複数の回転する微小球が生成するスペックルパターンを顕微観察し、画像処理によってその回転数を決定するソフトウエアの制作を開始した。これら当初計画に加え、トルクの駆動距離を拡張するための新しい機構の開発を行い、その特許申請を行った。この機構では、測定対象試料が収容された容器内に回転可能な磁石の組を置き、外部の駆動磁場によってこの磁石を回転せることにより、実効的に遠隔のトルク印加を可能にする。作製した装置は100㎜以上の距離を隔てて十分な駆動トルクを伝達することが確認できた。これにより高温や高圧など密閉セルによってのみ実現可能な特殊環境におけるレオロジー的性質の画像化が可能になる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では局所的な粘弾性を画像としてとらえることを目的とするが、さらに様々な環境下で特徴的に現れる相分離や臨海現象におけるレオロジーパターン測定への拡張が求められる。このような現象は圧力や温度を制御した環境下で現れることが多く、また特に臨界現象の観察においてはは高温・高圧という特殊環境への対応も求められる。一般にこのような環境を実現する容器の壁厚は数㎝以上のものであり、本システムでの試料内部へ到達させることができる遠隔トルクには限界があった。本年度の研究では、このトルクの到達距離を大幅に拡張しうる新規のアイデアを実験的に実証し、その性能を確認することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では当初の予定通り相分離に伴うレオロジー的な性質の2次元マッピングを可能にするシステムを構築する。また本研究を進める中で、粘弾性のみならずレオロジー的性質が異なる複数の相間の界面エネルギーの測定を可能にする着想を得た。今後はこれを発展させて、例えば高分子混合系などで重要な役割を果たす不溶系ポリマーブレンドにおける微視的界面張力測定を可能にするための検討も開始する。
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