ゲル内部を通過する流体の流動特性と制御

流体在凝胶内通过的流动特性和控制

基本信息

批准号：
15656048
负责人：
松井純
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

内径1mm程度のガラス細管の一部に高分子ゲルを封入し、この細管に蒸留水を流す時、ゲル内部の水はゲルの編目の摩擦を受けつつゲル中を移動する。このときゲルの温度によって摩擦係数が変化し、流量が変化する現象を確認し、その特性について調べた。このような現象はマイクロマシン内部の流れにおいて、流量制御弁や可動部のない弁として利用できると考えられる。本研究ではアクリルアミドゲルとN-イソプロピルアクリルアミド(NIPA)ゲルを光重合剤を用いてガラス細管中に合成した.このゲルは感温性であり、特定の状況では数度の温度差によって流体抵抗が大きく変わることが報告されている。この細管に蒸留水を流したときの細管前後の圧力と流量の関係を、恒温槽によりゲル温度を変化させながら測定した。流量は重量計測または細管のニスカス移動量を顕微鏡で観察して計測した。また顕微鏡によりトレーサー粒子を可視化しての流量計測も試みた。その結果、温度が体積相転移点に近づくと摩擦損失係数が大きく変化することが確認された。細管壁画にゲルは接着されているため、体積がある程度拘束された状態での相転移については不明な点も多々残っており、ゲルの軸方向長さによって流動挙動が変化する場合が見られた。流量変化は最大で100倍近い試料もあったが、平均的には数倍程度の変化であった。弁としての利用には、さらに形状および材質の検討が必要である。また摩擦損失の指標になる物理量を検討した結果、ゲル内部の網目の等価直径を用いるのが妥当であるとした。

将聚合物凝胶封装在内径约为1毫米的玻璃毛细管的一部分中，当蒸馏水流过毛细管时，凝胶内的水在受到凝胶网的摩擦的同时在凝胶中移动。此时，我们确认了摩擦系数随凝胶温度和流量而变化的现象，并研究了其特性。人们认为，这种现象可以用作流量控制阀或在微机械内部的流动中没有移动部件的阀。本研究使用光聚合剂在玻璃毛细管中合成了丙烯酰胺凝胶和N-异丙基丙烯酰胺（NIPA）凝胶。凝胶具有热敏性，在某些情况下，几度的温差就可以降低流体阻力。报道称，有重大变化。当蒸馏水通过该毛细管时，使用恒温槽改变凝胶温度，同时测量毛细管前后的压力和流量之间的关系。通过重量测量或用显微镜观察管内清漆移动量来测量流量。我们还尝试通过使用显微镜观察示踪粒子来测量流速。结果证实，随着温度接近体积相变点，摩擦损失系数显着变化。由于凝胶粘附在管壁上，当体积受到一定程度的限制时，相变存在许多未知因素，并且观察到流动行为根据凝胶的轴向长度而变化。在一些样品中，最大流量变化接近100倍，但平均变化为数倍。用作阀门时需要进一步考虑形状和材料。另外，对作为摩擦损失的指标的物理量进行了研究，结果判断，使用凝胶内部的网眼的当量直径是适当的。