Thermodynamic Investigation on Shear-induced Phase Transitions

剪切引起的相变的热力学研究

基本信息

批准号：
22K03561
负责人：
鈴木晴
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kindai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03561/
关键词：
定常ずり変形熱量計相転移液晶ずり流動相転移熱量測定

项目摘要

私たちは，液晶などのソフトマターで観測される「ずり流動誘起相転移」と呼ばれる現象に注目して，そのメカニズムを熱力学的な観点から説明することを目指している．本研究では，そのための実験的なアプローチとして，世界に先駆けて「定常ずり変形機構を組み込んだ熱量測定装置」の開発を行う計画である．令和4年度はプロジェクトの1年目にあたり，装置開発の方向性を探った．当初は，定常ずり機構と断熱型熱量計を組み合せた装置の開発を予定していたが，デモ機を用いて検討を重ねたところ，断熱型熱量計が目的に適していないことが明らかになった．これは，定常ずり変形機構に際して機械的な回転運動を導入することが原因であり，試料容器を固定する治具を通した熱の出入りによって断熱状態が目的の精度まで維持できないと判断されたためである．そこで熱量計を示差走査型熱量計に変更して，研究開発を進めた．この装置では，試料と参照物質の両方を同じ熱環境に置き，温度変化に伴う両者の温度変化から，相転移に伴う熱量変化を定量することができるため，定常ずり変形機構を試料と参照物質の両方に設置すれば，固定具を介して流出入する熱量は相殺されるという利点がある．1年目は，プロトタイプの装置設計，組立，計測器の配備を行い，測定ができる状況にまで漕ぎつけた．また，液晶物質8CBをモデル化合物として，測定条件を最適化させることで，定常ずり変形下の液晶相転移ピークを検出することに成功し，別途測定したずり応力のデータから摩擦発熱量を見積もることで，相転移由来する熱量ピークを単離することにも成功した．

我们关注在液晶等软物质中观察到的一种称为“剪切流诱导相变”的现象，并旨在从热力学角度解释其机制。在这项研究中，作为实现这一目标的实验方法，我们计划开发世界上第一个“结合稳定剪切变形机制的量热装置”。令和4年是该项目的第一年，我们探索了设备开发的方向。最初，我们计划开发一种结合稳定剪切机构和绝热热量计的装置，但经过使用演示装置的反复研究，很明显绝热热量计不适合我们的目的。这是由于在稳定剪切变形机制期间引入了机械旋转运动，并且确定由于通过固定样品容器的夹具的热量流入和流出，绝热状态无法维持到期望的精度。是。因此，我们将量热仪改为差示扫描量热仪并进行研发。使用该装置，样品和参考材料都放置在相同的热环境中，并且可以根据两个位置的温度变化来确定由于相变而引起的热量变化。通过灯具流入和流出的热量被抵消。第一年，我们设计了一个原型设备，组装了它，部署了测量仪器，然后就可以进行测量了。此外，通过使用液晶物质8CB作为模型化合物优化测量条件，我们成功地检测到稳定剪切变形下的液晶相变峰，并根据单独测量的剪切应力数据估算了摩擦生热量。还成功地分离了相变产生的热量峰。