2020 Fiscal Year Research-status Report

複雑流体中の気液・液々界面で発現する微細自己組織構造の生成機構の解明

Research Project

Project/Area Number	19K04194
Research Institution	The University of Tokushima
Principal Investigator	太田光浩徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (00281866)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	岩田修一名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00293738)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	気泡上昇運動 / 粘弾性特性 / マイクロスケール構造 / 自己組織構造
Outline of Annual Research Achievements	アルカリ溶解性会合高分子(HASE)水溶液を上昇する気泡では，HASE水溶液の粘弾性効果により気泡底部から様々な伸長形状が形成され，伸長形状部でマイクロスケールの自己組織構造が発現する．マイクロスケールの自己組織構造は常に発現するとは限らず，HASE水溶液のレオロジー物性，中和に用いるアルカリ物質や気泡サイズに依存する．本年度は，伸長形状が形態を変化させる過程を詳細に観察し，気泡下部に発現する1本の細長い伸張形状が複数本に分かれる現象を詳細に調べ，その形成過程について考察した．その結果，高粘性なHASE水溶液中を上昇する気泡下部に発現する1本の糸状の伸張形状が枝分かれする直前に，1本の糸状の伸張形状の先端から細い糸が切れることなく伸縮を繰り返す，特徴的なマイクロ・スケール構造が発現することが分かった．また，気泡体積相当直径が大きくなるにつれ，1本の糸状の伸長形状の先から伸びる細い糸が2本になり，成長することで，枝分かれ構造が形成されていくことが確認できた．また，本研究ではこれまでHASEに水酸化ナトリウムを加えpH = 9の水溶液を調整して，実験を行ってきたが，炭酸ナトリウムを加えたpH = 9の水溶液を用いて実験を行った．炭酸ナトリウムを添加したHASE水溶液でも，水酸化ナトリウム系で観察された現象と同様の現象が観察されたが，より複雑なマイクロ・スケール構造が形成されることが分かった．また，炭酸ナトリウムの方がより明白な自己組織構造が形成さることが分かった．大きな気泡径の場合，これまで観察されていない気泡運動軌跡が不連続に変化する現象が突然見られた．気泡運動軌跡が突然に横方向に移動したり，上昇運動が加速する現象である．マイクロ・スケール構造とは異なりマクロ視点からの運動であるが，注目に値する．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 令和2年度の達成度としては，概ね順調であった．気液界面にて発現する伸長形状および自己組織構造の形成過程の詳細，添加するアルカリ物質の影響を予定通りに調べることができたが，液々系実験を十分に出来なかった．
Strategy for Future Research Activity	当初の予定通りに，引き続きマイクロスケールの自己組織構造の発現に焦点を当てて実験を行う．今後は，低~中程度の粘性を持った溶液を用いて，特徴的な伸長形状および自己組織構造が出現する瞬間から焦点をあて，時間発展過程について詳細観察を行う．また，炭酸ナトリウム系で発見された気泡運動軌跡が不連続に変化する現象についても，その特徴について調べる予定である．液々系での実験データを十分に取り，気液系と液々系の現象の相違を明確にし，両結果から，伸長形状および自己組織構造の普遍的な形成メカニズムを考察する．令和2年度に得られた成果を国内学会にて発表する予定である．
Causes of Carryover	出席を予定していた国際学会の延期，国内学会がオンライン開催になったことにより，次年度使用額が生じた．本経費を気泡運動をより明瞭に撮影するためのビデオカメラ系統の再整備に使用する予定である．