Aggregate structures of a suspension composed of cubic hematite particles by means of three-dimensional Monte Carlo simulations

通过三维蒙特卡罗模拟由立方赤铁矿颗粒组成的悬浮液的聚集结构

基本信息

批准号：
18J21020
负责人：
岡田和也
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Akita Prefectural University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究計画当初では，令和２年度にキューブ状ヘマタイト粒子に関する実験的な研究を遂行する予定であった．しかしながら，キューブ状ヘマタイト粒子に関する実験的な研究は，現在，国外の様々な研究グループにより幅広く行われている．新規性および独創性を追求するために，単純せん断流中におけるキューブ状磁性粒子分散系を対象としたブラウン動力学法を構築し，キューブ状磁性粒子の凝集構造と磁気粘性効果の関係性の解明を試みた．具体的には，平成31年度に構築した熱力学的平衡状態におけるキューブ状ヘマタイト粒子分散系を対象としたブラウン動力学法を，単純せん断流中におけるキューブ状磁性粒子分散系に適用することにより，キューブ状磁性粒子の凝集形態の内部構造とレオロジー特性の関係性を解明した．得られたシミュレーション結果から，凝集構造の内部構造の相違により非常に特徴的な磁気粘性効果が現れることが明らかになった．また，ある条件下において，キューブ状磁性粒子分散系は負の磁気粘性特性を有している可能性を示した．また，期待通りに研究が進展したため，回転磁場中におけるキューブ状磁性粒子分散系を対象とした擬2次元ブラウン動力学法を構築した．本シミュレーション・プログラムを用いて，粒子間の磁気的な相互作用，磁場の強さおよび周波数などの種々の要因を変化させることにより，凝集体の形成メカニズム凝集形態の内部構造の転移現象ならびに粒子の磁気モーメントの回転磁場への追従性などを解明した．

在研究计划开始时，计划在2020年对类似立方体的赤铁矿颗粒进行实验研究。但是，目前，海外各种研究小组正在广泛对类似立方体的赤铁矿颗粒进行实验研究。为了追求新颖性和原创性，我们在简单的剪切流中构建了一种布朗动力学方法，用于类似立方体的磁性颗粒分散系统，并试图阐明立方体样磁性颗粒的聚合结构与磁磁效果之间的关系。具体而言，通过将Brownian动力学方法应用于2019年构建的热力学平衡中类似立方体的赤铁矿颗粒分散体中，以简单的剪切流中的类似立方体的磁性颗粒分散体，阐明了多维数据集磁性粒子和流变特性的聚集磁性形态的内部结构之间的关系。获得的仿真结果表明，由于聚集结构的内部结构差异，出现了高度独特的磁化效果。此外，显示在某些条件下，立方体样磁性颗粒分散系统可能具有负磁粘度性能。此外，随着研究的进展，为旋转磁场中的类似立方体的磁性颗粒分散系统构建了伪2D布朗动力学方法。使用此仿真程序，我们通过更改各种因素（例如颗粒之间的磁相互作用，磁场强度和频率）来阐明了团聚形式内部结构的过渡现象以及颗粒的磁矩。