2019 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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| Project Period (FY) |
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。本年度はプローブの回転動作を画像で読み取り、そこから粘弾性の情報を得る画像処理システムの開発を行った。回転磁場下におけるプローブの回転を顕微鏡を介して動画撮影し、メモリに記憶する。コンピュータープログラムにより回転子のマーカーの運動あるいは異方性形状からその回転速度を計算して各プローブに加わっている粘性トルクを得る。顕微鏡下における数多くの回転子の運動は、すべて動画により記憶できるので、粘性の分布を一度に計測することが可能になった。さらに磁場を時計回り/反時計回りで切り替え、回転子の振動応答の振幅と位相遅れを画像から抽出することにより、粘弾性の計測を行うことにも成功した。これらの研究と並行して液体材料を生成・貯蔵する反応槽から試料をパイプラインで輸送して測定システムに供給し、長時間にわたる粘性測定を連続かつ自動で行うインライン計測システムを製作した。
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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
研究計画についてはおおむね順調に進行しており、さらに以下に記すような計画以上の成果を挙げることができた。すなわち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、さらに様々な工業プロセスで進行する粘弾性の経時変化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密閉環境下で現れることが多く、このため試料のサンプリングにより外気に触れる測定を避ける必要がある。本年度の研究では、試料の反応槽や貯蔵槽からパイプラインを介して測定システムに自動輸送し、測定後に再び反応槽に戻す循環型のインライン粘性測定システムを開発した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では当初の予定通り実際に粘弾性の分布が予想される試料について、レオロジー的な性質の2次元マッピングを行い、作製した測定システムの性能の検証を行う。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。現在これを発展させて、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進めていく予定である。
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