マイクロ流路を活用した間隙構造中におけるコロイドの目詰まり・破壊現象の解明

使用微通道阐明孔隙结构中的胶体堵塞和破坏现象

基本信息

批准号：
21K14939
负责人：
杉本卓也
金额：
$ 3万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，マイクロ流路を活用した目詰まりの形成－破壊過程の評価系の構築し，コロイドの帯電・凝集特性評価を相補的に用いながら，目詰まりを引き起こす沈着複合体の形成－破壊およびその物理性の制御機構の解明を目的とする．採択次年度である当該年度は，マイクロ流路を用いた実験系のデータ取得，および基礎情報となる凝集に関する実験データの解析および目詰まりと本質的に類似した実験系である濃厚なコロイド懸濁液に関するシミュレーションを用いた解析を行った．当該年度の研究成果は，以下の通りである．前年度作製した微細な流路内に円柱を配置したマイクロ流路を使い，沈着複合体の付着形成および破壊に関する直接観察測定を引き続き進めており，データを蓄積しつつある．平行して，沈着を予測するための基礎情報として，前年度から取り組んでいた共同研究者とともに流れ場中の凝集への多価イオンの影響について，実験とその理論解析の成果を国際誌に投稿し，受理された．この成果では，流れのある場合と流れのない場合の凝集速度の実測値の双方について，凝集速度を半定量的に予測可能であることを示した．この内容についても，より定量的に評価可能な流れ場中での実験系やより進んだ理論モデルでの解析を進める予定である．加えて，共同研究者とともに濃厚なコロイド懸濁液の非ニュートン流動特性に粒子の電気的斥力が与える影響について，流体相互作用と離散要素法を組み合わせたシミュレーションによる解析をおこなった．塩濃度の増加にともない電気的斥力が弱くなるにつれて，低せん断領域における粘度が減少すること，濃厚系において特徴的なせん断速度の増加にともなう粘度上昇（シェアシックニング）が開始する臨界せん断応力が小さくなるという挙動が再現できた．今後は，共同研究者と共著で積極的に学会発表をおこない，内容の深化に努める予定である．

这项研究旨在建立一个系统，用于评估使用微流体通道堵塞的形成和断裂过程，并阐明控制沉积复合物的形成和断裂的机制，这些机制会导致堵塞及其物理特性，同时使用胶体充电和聚集特征的互补评估。在今年采用的第二年，我们使用微流渠道从实验系统中获得了数据，分析了有关聚合的实验数据，该数据用作基本信息，并使用浓缩胶体悬浮液的模拟进行了分析，这是一种与堵塞相似的实验系统。本年度的研究结果如下：使用带有圆柱体放置在去年生产的细胞内的微通道，我们正在继续进行直接观察和有关形成沉积复合物和分解的测量，并且数据正在积累。同时，作为预测沉积的基本信息，我们将实验的结果和理论分析的结果与自上一年以来一直从事的合作者以及有关多电荷离子对流场聚集的影响并接收到的合作者。该结果表明，对于有或没有流量的聚合速率的测量值，可以半定量预测聚合速率。该内容还将使用流场中的实验系统进行分析，这些系统可以更定量地评估，并且更高级的理论模型。此外，合作者使用流体相互作用和离散元素方法的组合进行了仿真分析，以确定颗粒对浓缩胶体悬浮液的非牛顿流动性能的电排斥力的影响。随着电排斥随盐浓度的增加而减小，低剪切区域的粘度会降低，并且临界剪切应力始于浓缩系统的剪切速率特征的增加。将来，我们计划通过与合作者共同撰写并努力加深内容来积极举办会议。