Study on rheology of liquids with multiscale structures by means of high-frequency shear impedance spectroscopy

高频剪切阻抗谱研究多尺度结构液体流变学

• 批准号: 19K03768
• 负责人: 山口 毅
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K03768/
• 关键词: 構造緩和; 高粘性液体; 粘弾性; マルチスケール; 横波超音波; レオロジー; 超音波スペクトロスコピー; 液体構造; 粘度

実験的には，無電極水晶振動子を用いた自作のQCM-D装置を用いて，21m LiTFSA/H2O濃厚電解質溶液の複素粘性係数測定を65 MHz ~ 2 GHzの周波数範囲で行った。従来の金電極付振動子を用いた測定と合わせて，測定周波数域は5 MHz ~ 2 GHzと広帯域にわたり，粘弾性緩和の全貌をカバーすることができた。Gonzalezらによって報告されている[J. Phys. Chem. Lett. 11, 7279 (2020)]同濃度のLiTFSA/D2O溶液の中性子準弾性散乱と比較すると、粘弾性緩和は波数8~12 nm-1の構造緩和と対応していることが示された。既報のMDシミュレーションによる解析[Gonzalez et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 24, 10727 (2022)]によると、この波数域に現れる構造はTFSAアニオン間の相間に帰属されており、嵩高いアニオンのパッキングの緩和が粘性の起源となっているという描像が示唆された。また、4 nm-1付近に報告されているプレピークの緩和は粘弾性緩和より遥かに遅く、プレピークの起源となる不均一構造のダイナミクスと粘性との直接結合は弱いと考えられる。昨年度測定したヘキサン及びシクロヘキサンのX線非弾性散乱について、MDシミュレーションによる解析を行った。音速の波数分散と長波長極限の粘弾性緩和の比較により、波数2 nm-1程度までの速い音速は長波長極限の粘弾性緩和で説明できることが示された。また、環状分子からなる液体の方が鎖状分子からなる液体よりも音速分散で見られる縦波弾性率の緩和強度が大きいという実験結果に関し、鎖状分子では分子の変形に伴う分子内モードの緩和が速いために、振動エネルギー緩和に伴う縦波弾性率の緩和強度が小さくなっているという機構を提案した。

Experimental に に, electrode-free crystal vibrator を, <s:1> QCM-D device を, を て, 21m LiTFSA/H2O thick electrolyte solution <s:1> complex viscosity coefficient determination を65 MHz to 2 GHz <s:1> frequency model 囲で, った. 従 to の gold electrode vibration son を pay い た determination と close わ せ て, determination of cycle number field は 5 MHz to 2 GHz と hiroo 帯 domain に わ た り, sticky 弾 sex ease の whole を カ バ ー す る こ と が で き た. Gonzalezらによって reports されて る る[J. Phys. Chem. Lett. 11] 7279 (2020)] with concentration の LiTFSA/D2O solution の temper quasi 弾 sex scattered と compare す る と, sticky 弾 ease は の tectonic wave number 8 ~ 12 nm - 1 ease と 応 seaborne し て い る こ と が shown さ れ た. Both reported の MD シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る parse [Gonzalez et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 24, 10727 (2022)] に よ る と, こ の wavenumber domain に now れ る tectonic は TFSA ア ニ オ ン の between alternate with に 帰 genus さ れ て お り, high fleabane い ア ニ オ ン の パ ッ キ ン グ の ease が viscous の origin と な っ て い る と い う stroke like が in stopping さ れ た. ま た paying nearly に report, 4 nm - 1 さ れ て い る プ レ ピ ー ク の ease は sticky 弾 sex ease よ り remote か に 遅 く, プ レ ピ ー ク の origin と な る heterogeneity structure の ダ イ ナ ミ ク ス と viscous と の directly combined with weak は い と exam え ら れ る. Yesterday annual determination し た ヘ キ サ ン and び シ ク ロ ヘ キ サ ン の X-ray non 弾 scattered に つ い て, MD シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る parsing line を っ た. Sonic の scattered wave number と long wavelength limit の sticky 弾 sex ease の is に よ り, degree of wave number 2-1 nm ま で い の speed of sound は long wavelength limit の sticky 弾 sex ease で illustrate で き る こ と が shown さ れ た. ま た, annular molecular か ら な る liquid の party が lock molecular か ら な る liquid よ り も sonic dispersion で see ら れ る 縦 の moderate intensity が big wave 弾 sex rate き い と い う be 験 results に masato し, lock molecular で は molecular の - shaped に with う intramolecular モ ー ド の ease が speed い た め に, vibration エ ネ ル ギ ー ease に with う 縦 の moderate intensity が small wave 弾 sex rate さ く な Youdaoplaceholder0 ると ると う う agency を proposal た た.

项目成果

Measurement of complex shear viscosity up to 3 GHz using an electrodeless AT-cut quartz transducer

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac4141
• 发表时间: 2022-07-01
• 期刊: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
• 影响因子: 1.5
• 作者: Yamaguchi, Tsuyoshi;Matsuoka, Tatsuro
• 通讯作者: Matsuoka, Tatsuro

鎖状及び環状アルカンのX線非弾性散乱の比較

直链烷烃和环状烷烃的非弹性 X 射线散射比较

• 发表时间: 2022
• 作者: Shishido Hiroaki;Sakai Rei;Hosaka Yuta;Togawa Yoshihiko;山口 毅，吉田亨次，細川伸也，石川大介，Alfred Q.R. Baron
• 通讯作者: 山口 毅，吉田亨次，細川伸也，石川大介，Alfred Q.R. Baron

分子性液体のX線領域の音速分散と長波長極限の縦波粘弾性の比較

X射线区域声色散与分子液体长波长极限纵波粘弹性的比较

• 发表时间: 2022
• 作者: Shiota Kohei;Inui Akito;Hosaka Yuta;Amano Ryoga;Onuki Yoshichika;Hedo Masato;Nakama Takao;Hirobe Daichi;Ohe Jun-ichiro;Kishine Jun-ichiro;Yamamoto Hiroshi M.;Shishido Hiroaki;Togawa Yoshihiko;山口 毅
• 通讯作者: 山口 毅

無電極QCM-D法による液体のGHz領域における粘弾性測定

使用无电极 QCM-D 方法在 GHz 范围内测量液体的粘弹性

• 发表时间: 2021
• 作者: 井野 雄太;大津 康徳;安永 健;池上 康之;松下勝義;山口 毅;坂田豪大，大津康徳;山口 毅，松岡辰郎
• 通讯作者: 山口 毅，松岡辰郎

溶媒の不均一構造のダイナミクスと小さい溶質分子の並進拡散のカップリング

非均相溶剂结构动力学与小溶质分子平移扩散的耦合

• 发表时间: 2021
• 作者: 安田洸也;大津康徳;山口 毅
• 通讯作者: 山口 毅