Development of EMS Rheology Microscope

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01881
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29030:Applied condensed matter physics-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Sakai Keiji 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (00215584)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: レオロジー / 粘弾性 / 局所力学物性 / 電磁駆動式粘度計 / 画像解析 / ソフトマテリアル / 相分離

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to develop the rheological microscope, which is based on the principle of the electro-magnetically spinning viscometer. In the system, multiple small metal particles are dispersed in the sample and their rotational velocities are observed through the image analysis, giving the information on the distribution of the rheological properties. We successfully developed a system, in which aluminum spheres with diameter of 0.5 mm are employed as probes for local mechanical properties. To apply the system for the extra ordinal circumstances such as high temperature and high pressure, we developed a torque range extender. Also we obtained an idea to use punched substrate as the source of the mechanical momentum. We could observe the diffusion of the momentum from a small hole, which is the direct image of the mapping of the rheological properties.

Free Research Field

ナノレオロジー工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでに多くの粘弾性計測のための方法論が開発されてきたが、これらの手法は少なくとも1mL程度の試料体積に対する平均的な力学応答を求めるものであった。一方で例えば界面活性剤水溶液では分子の集合状態が異なる複数の相が共存し、ミクロな空間構造を形成することが知られており、この空間的な不均一構造を流動性という視点でマッピングすることは、ソフトマテリアルの機能発現のメカニズムを解明する上で極めて重要である。本研究の成果によりこのレオロジー的な性質の分布状態を可視化して示すことが可能になり、多くのソフトマテリアルにおける相分離や相転移、あるいは臨界現象を研究する上で有効な実験手法を提供することができた。