動的超音波散乱による高分子粘性媒体中のバブルダイナミクスに関する研究

利用动态超声散射研究粘性聚合物介质中的气泡动力学

基本信息

批准号：
18750190
负责人：
則末智久
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Kyoto Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18750190/
关键词：
微粒子動的相関超音波

项目摘要

高分子マトリックス中に導入された「気泡」は、食品、コスメトロジー、高分子複合材料などの様々な分野において、高品質化や高機能化の鍵を握っている。パンや洋菓子の食感、発泡材料や複合材料の力学特性・耐熱特性・防音性は、気泡のサイズや分布を含めた相構造に深く関連しているため、それぞれ、発酵、発泡過程、樹脂形成などの生成プロセスにおける諸特性変化を非破壊で高速に分析することが材料設計上の有効な手段になると考えられる。それゆえ、流動する気泡を含む反応系材料の特性解析が必要不可欠であるが、これまでマイクロバブルのような小さく柔らかい物体のダイナミクスや力学特性をその場で評価する事は容易ではなかった。そこで本研究では、超音波の(1)非常にもろい材料の力学応答を非破壊で取得可能、(2)不透明系・着色系に適応可能、(3)ミクロン域の構造体観察が可能、(4)局所領域にフォーカス可能、(5)短時間でパルスフィールドを実測可能であるという長所に着目し、高分子複合材料系に適応できる新しい動的散乱法を開発した。初年度の研究で開発した超音波シグナルの高速記録システムを用い、沈降ミクロン粒子に加えて浮上する中空粒子もしくは界面活性剤で安定化した気泡の動的信号を記録・解析した。解析に用いたのは超音波の散乱波で、振幅信号に加えて位相も定量的に解析した。これらは、これまでの光をベースとする分光学的手法では取得し得ない情報であり、新たな研究成果として論文発表も行った。

引入聚合物基质中的“气泡”是食品、美容和聚合物复合材料等各个领域提高质量和功能的关键。面包和西式糖果的质地以及发泡材料和复合材料的机械性能、耐热性能和隔音性能与相结构（包括气泡的尺寸和分布）密切相关。对生产过程中性能变化的高速分析将成为材料设计的有效手段。因此，有必要分析含有流动气泡的反应材料的特性，但迄今为止，现场评估微气泡等小而软的物体的动力学和机械性能并不容易。因此，在这项研究中，我们证明超声波（1）能够无损地获取极脆材料的机械响应，（2）适用于不透明和有色系统，（3）能够观察微米范围，以及（4）能够聚焦局部区域和（5）能够在短时间内测量脉冲场的优点，我们开发了一种新的动态散射方法，可以应用于聚合物复合材料系统。使用第一年研究中开发的高速超声波信号记录系统，除了沉降的微米颗粒之外，我们还记录并分析了漂浮的空心颗粒或表面活性剂稳定的气泡的动态信号。利用超声波的散射波进行分析，除了振幅信号之外，还对相位进行定量分析。这是使用传统的基于光的光谱方法无法获得的信息，研究人员还发表了一篇论文作为新的研究成果。