レオロジー特性に基づく濃厚コロイド系の構造可視化

二次電池電極や積層セラミックスコンデンサなどの機能材料の作製手法として，濃厚コロイド系の塗布・乾燥が挙げられる．塗布・乾燥で形成されるコロイド系の非平衡構造の評価方法として，動的特性の一つであるレオロジー特性の測定が有力視されている．しかし，レオロジー特性と構造を結び付ける理論は未整備ゆえ，測定結果が感覚的に解釈されているのが実状である．本研究では，濃厚コロイド系のレオロジー特性を評価する数値シミュレーションモデルを開発し，それを用いて分散・凝集状態とレオロジー特性の関係を明らかにする．2021年度までに，バルク系でのコロイド系のレオロジー特性を計算するための数値シミュレーション手法の開発に成功してきた．2022年度は，数値シミュレーションをさらに発展させつつ，分散・凝集状態とレオロジー特性の関係の解析を進めた．得られた主な結果は以下の通りである：（１）印加する振動剪断場の振幅を大きくしたときに見られる非線形粘弾性（Large Amplitude Oscillatory Shear, LAOS）について，凝集系の場合に構造変化との関係を見出した．（２）線形粘弾性の角周波数依存性を効率的に計算する手法を，数値シミュレーションに新たに導入した．角周波数が連続的に変化する振動剪断場を入力し，得られた応力波形のFourier解析から粘弾性を評価する手法である．それを用いることで，水系を想定した濃厚コロイド系において，粒子のゼータ電位に依存して変わる分散・凝集状態と粘弾性挙動の関係を見出した．

二次電池電極や積層セラミックスコンデンサなどの機能材料の作製手法として，濃厚コロイド系の塗布・乾燥が挙げられる．塗布・乾燥で形成されるコロイド系の非平衡構造の評価方法として，動的特性の一つであるレオロジー特性の測定が有力視されている．しかし，レオロジー特性と構造を結び付ける理論は未整備ゆえ，測定結果が感覚的に解釈されているのが実状である．本研究では，濃厚コロイド系のレオロジー特性を評価する数値シミュレーションモデルを開発し，それを用いて分散・凝集状態とレオロジー特性の関係を明らかにする．2021年度までに，バルク系でのコロイド系のレオロジー特性を計算するための数値シミュレーション手法の開発に成功してきた．2022年度は，数値シミュレーションをさらに発展させつつ，分散・凝集状態とレオロジー特性の関係の解析を進めた．得られた主な結果は以下の通りである：（１）印加する振動剪断場の振幅を大きくしたときに見られる非線形粘弾性（Large Amplitude Oscillatory Shear, LAOS）について，凝集系の場合に構造変化との関係を見出した．（２）線形粘弾性の角周波数依存性を効率的に計算する手法を，数値シミュレーションに新たに導入した．角周波数が連続的に変化する振動剪断場を入力し，得られた応力波形のFourier解析から粘弾性を評価する手法である．それを用いることで，水系を想定した濃厚コロイド系において，粒子のゼータ電位に依存して変わる分散・凝集状態と粘弾性挙動の関係を見出した．