Development of nano-rheometry technology to elucidate relationship between application properties of gels and pastes and their microstructures

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ペーストやクリーム状の懸濁液・乳濁液は超低応力・低ひずみ領域において分散粒子や凝集体がジャミングを起こし，降伏応力を持ち，塗布膜 の平滑性やイン クジェット3D造形などの製品性能に重要な影響を与える.このような流体の流動および降伏特性に及ぼすナノからサブミクロン サイズの微細構造の影響を直接的 に計測できる新たな技術として超高感度荷重センサによるナノ・インデンテーション試験を応用した構造解析 技術「ナノ・レオメトリー」の手法と理論を構築 し，レオメータにより求まるミクロン領域の平均的特性との比較から流体中の微視的構造と降 伏特性の関係を明らかにする. 本研究は次の3つのステップに従って実施する.すなわち，(i)高性能回転型レオメータで測定可能なサブミクロン領域における降伏現象発生前 のレオロジー特性 の新たな評価方法の開発，(ii)超高感度荷重センサを搭載した最新かつ国内唯一のバイオ・ナノ・インデンテーション試験装 置を用いたナノからミクロン領域 のレオロジー特性評価方法の開発，そして(iii)レオメータによる体積平均的特性とインデンテーション試験 による局所的特性の比較による内部構造変化の評価 方法を開発し，これらを総合して「ナノ・レオメトリー」技術として体系化していく. 令和4年度は(ii)のバイオ・ナノ・イ ンデンテーション試験により濃厚エマルジョンおよびハイドロゲルに対して球状圧子を押し込み，その後の引き剥がし過程における除荷曲線をJKRモデルで解析し，等価弾性係数および付着仕事を算出した.これらの値は試料の構造的な特性とよく一致を示し，ナノ・インデンテーション試験がレオメータで検知できない微視的構造の差異を評価できることを示した．