2019 Fiscal Year Research-status Report
Fracture of paste: microstructures governing memory and roles of plastic deformation
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18K03560
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| Research Institution | Nara Women's University |
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Principal Investigator |
狐崎 創 奈良女子大学, 自然科学系, 教授 (00301284)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大信田 丈志 鳥取大学, 工学研究科, 助教 (50294343)
中原 明生 日本大学, 理工学部, 教授 (60297778)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ペーストの破壊 / 記憶効果 / 塑性変形 / レオロジー / ソフトマター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
乾燥破壊において記憶効果を示すペーストでは、揺れや磁場などの外部摂動によって生じた内部の粒子の異方的な構造が、乾燥後にできる亀裂の方向を支配してる。本研究では内部構造と破壊特性との関係を解明するため、初年度から大型放射光施設SPring-8に利用申請を行い、マイクロX線CT(μCT)による粒子配列の3次元測定を行ってきている。本年度は２回目の利用申請が採択されたため、当初計画していたデータ全てを一通り無事に得ることができた。
μCT測定は、揺れの記憶を示す石松子と寒天を含む塩化セシウム水溶液のペーストのサンプルを主に研究代表者が作成し、磁場の記憶を持つ磁性粒子のペーストのサンプルを研究分担者の中原が作成して、SPring-8に持ち込んで行った。他の研究メンバーの協力の下、初年度に確立した測定方法と測定条件を使って、初年度の測定では十分なデータが得られなかった条件を中心に多数のサンプルを測定した。購入した画像解析用のパソコンなどを用いて、得られたデータの解析を行った結果、現在までに、石松子ペーストでは粒子の隙間構造に着目すると、揺れに垂直な方向に明瞭な異方性が確認できることがわかり、成長中の亀裂を含むμCT像も初めて得ることができた。また、磁性ペーストでも磁場の方向と個々の磁性粒子の異方性に関係があることがわかった。これらの成果については物理学会において報告済みであるが、今後さらに解析を進めて、論文にまとめる予定である。また別途行っている二国間共同研究（代表：中原）でL.Goehring氏(ノッティンガム大学、UK)らと相互に交流する機会があり、関連した研究成果を発表するとともに本研究の成果についても共有し議論を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究の前半の2年間でSpring-8でのマイクロX線CT測定を行って成果をまとめることを目標にしていたが、初年度に研究代表者の入院などにより測定が予定通り実施できず計画が遅れた。幸い2019年度はSpring-8への2度目の申請が採択されたため、予定していた測定をすべて行ってデータを得て、解析を進めて有望な結果も得ることができた。従って全般的には順調であるが、当初の遅れに加えて2020年度になって新型コロナウィルス対策の遠隔授業などでメンバーが忙殺されており、論文執筆などの成果発表に向けた詰めの作業が予定より遅れている。状況が落ち着き次第取り掛かる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、これまでの測定で得られたμCTの測定データを解析し、サンプルの作成条件や乾燥過程に対して構造の異方性がどう依存するのかを明らかにする。さらにμCTで測定したサンプルと同条件での乾燥破壊の形態相図などを実験で作成し、μCTのデータを元に亀裂の進展と異方的な粒子構造の関連を調べる。これらの研究成果はとりまとめて、論文として成果報告をする予定である。
また本研究ではひずみゲージなどを用いてこれまでよりも簡易で精密な応力測定を試みている。これまでのテストで応力自体は測定は可能であるが、石松子ペーストは発生する応力がかなり弱いため異方性の検出までは残念ながら困難な可能性が高いことがわかってきた。今後、レーザー変位計を利用する方法に変更するか、研究代表者が以前に測定した実績のある炭酸カルシウムペーストなどの発生する応力が大きい他のペーストに利用することを目的に開発するか再検討してから実験を進める。
さらに2020年度から乾燥亀裂の成長過程についての理論的、数値的な研究を本格的にスタートさせる予定である。2019年度のSPring-8でのテストによって、μCTによって乾燥亀裂の成長の様子を捉えられることもわかってきており、将来的には測定による実証を伴った研究が可能になると考えている。
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| Causes of Carryover |
主に研究分担者が年度末に物理学会に参加するための出張費として支出する予定だったが、新型コロナウィルス感染症対策のために物理学会の現地開催が中止になり未使用となった分である。繰り越した未使用額は当該研究分担者の旅費、消耗品等で使用する予定である。またそれ以外に研究代表者の未使用額が2707円あるがこれは次年度経費と併せて必要物品の購入に使用する。
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