動的超音波散乱による高分子粘性媒体中のバブルダイナミクスに関する研究

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高分子マトリックス中に導入された「気泡」は、食品、コスメトロジー、高分子複合材料などの様々な分野において、高品質化や高機能化の鍵を握っている。パンや洋菓子の食感、発泡材料や複合材料の力学特性・耐熱特性・防音性は、気泡のサイズや分布を含めた相構造に深く関連しているため、それぞれ、発酵、発泡過程、樹脂形成などの生成プロセスにおける諸特性変化を非破壊で高速に分析することが材料設計上の有効な手段になると考えられる。それゆえ、流動する気泡を含む反応系材料の特性解析が必要不可欠であるが、これまでマイクロバブルのような小さく柔らかい物体のダイナミクスや力学特性をその場で評価する事は容易ではなかった。そこで本研究では、超音波の(1)非常にもろい材料の力学応答を非破壊で取得可能、(2)不透明系・着色系に適応可能、(3)ミクロン域の構造体観察が可能、(4)局所領域にフォーカス可能、(5)短時間でパルスフィールドを実測可能であるという長所に着目し、高分子複合材料系に適応できる新しい動的散乱法を開発した。初年度の研究で開発した超音波シグナルの高速記録システムを用い、沈降ミクロン粒子に加えて浮上する中空粒子もしくは界面活性剤で安定化した気泡の動的信号を記録・解析した。解析に用いたのは超音波の散乱波で、振幅信号に加えて位相も定量的に解析した。これらは、これまでの光をベースとする分光学的手法では取得し得ない情報であり、新たな研究成果として論文発表も行った。