マイクロ流路を活用した間隙構造中におけるコロイドの目詰まり・破壊現象の解明

使用微通道阐明孔隙结构中的胶体堵塞和破坏现象

基本信息

批准号：
21K14939
负责人：
杉本卓也
金额：
$ 3万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，マイクロ流路を活用した目詰まりの形成－破壊過程の評価系の構築し，コロイドの帯電・凝集特性評価を相補的に用いながら，目詰まりを引き起こす沈着複合体の形成－破壊およびその物理性の制御機構の解明を目的とする．採択次年度である当該年度は，マイクロ流路を用いた実験系のデータ取得，および基礎情報となる凝集に関する実験データの解析および目詰まりと本質的に類似した実験系である濃厚なコロイド懸濁液に関するシミュレーションを用いた解析を行った．当該年度の研究成果は，以下の通りである．前年度作製した微細な流路内に円柱を配置したマイクロ流路を使い，沈着複合体の付着形成および破壊に関する直接観察測定を引き続き進めており，データを蓄積しつつある．平行して，沈着を予測するための基礎情報として，前年度から取り組んでいた共同研究者とともに流れ場中の凝集への多価イオンの影響について，実験とその理論解析の成果を国際誌に投稿し，受理された．この成果では，流れのある場合と流れのない場合の凝集速度の実測値の双方について，凝集速度を半定量的に予測可能であることを示した．この内容についても，より定量的に評価可能な流れ場中での実験系やより進んだ理論モデルでの解析を進める予定である．加えて，共同研究者とともに濃厚なコロイド懸濁液の非ニュートン流動特性に粒子の電気的斥力が与える影響について，流体相互作用と離散要素法を組み合わせたシミュレーションによる解析をおこなった．塩濃度の増加にともない電気的斥力が弱くなるにつれて，低せん断領域における粘度が減少すること，濃厚系において特徴的なせん断速度の増加にともなう粘度上昇（シェアシックニング）が開始する臨界せん断応力が小さくなるという挙動が再現できた．今後は，共同研究者と共著で積極的に学会発表をおこない，内容の深化に努める予定である．

本研究构建了微通道堵塞形成-破坏过程的评价体系，并对胶体的荷电和聚集特性进行了补充评价，旨在阐明其物理性质的控制机制。在本财年，即通过后的一年，我们将获取使用微通道的实验系统的数据，分析聚集的实验数据作为基本信息，并分析浓密的胶体悬浮液，这是一个本质上类似于堵塞的实验系统我们使用与液体相关的模拟进行了分析。本年度研究成果如下。我们正在继续使用我们去年创建的微通道直接观察和测量沉积复合物的粘附形成和破坏，其中圆柱体放置在微通道内，并正在积累数据。与此同时，作为预测沉积的基础信息，我们将与我们的合作者一起向国际期刊提交关于多价离子对流场聚集的影响的实验和理论分析结果，这是我们从去年开始进行的。它被接受了。该结果表明，可以使用测量的有流动和无流动的附聚率来半定量预测附聚率。对于这个内容，我们计划使用可以更定量评估的流场实验系统和更先进的理论模型来进行分析。此外，我们与我的同事一起，利用流体相互作用和离散元方法相结合的模拟，分析了粒子电斥力对致密胶体悬浮液非牛顿流动特性的影响。随着盐浓度的增加，电斥力变弱，低剪切区域的粘度降低，粘度增加（剪切增稠）的临界剪切应力随着剪切速率的增加而开始，这是浓体系的特征，我们能够重现变小的行为。未来，我们计划积极与合作研究人员共同撰写学术会议，努力深化内容。