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

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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．