Development of non-contaminated flow control technique using photoresponsive surfactant solution with reversible viscosity change

利用具有可逆粘度变化的光响应表面活性剂溶液开发无污染流量控制技术

• 批准号: 22K03933
• 负责人: 石川 仁
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03933/
• 关键词: 流れの制御; 粘性; 摩擦抵抗低減; 非接触制御; 乱流; 流体工学; 粘性変化

本研究は，紫外光（UV光）と可視光の交互照射により粘性が可逆的に変化する界面活性剤を利用し，粘性由来の摩擦抵抗を非接触で自在にコントロールできる流れ制御手法を開発するものである．界面活性剤はUV光の照射で粘性が増加，可視光の照射で粘性が減少する性質をもつカチオン/アニオン性界面活性剤（CTAB/C4AzoNa）である．本年度は，まず始めに，静止した溶液に光を照射して局所的に粘性を変化させることができるかを調べる実験を行った．光源にはUV光に波長が近いブルーレーザーを用い，それをシート光にしたものを容器内に薄くはったCTAB/C4AzoNa溶液に照射した．その結果，シート光と同じ範囲に溶液色の変色（赤褐色化）がみられ，粘性を局所的に増加させられることを確かめた．次に流路を想定した同心回転二重円筒装置を製作して，円筒間に形成されるせん断の強いクエット流れ中の溶液にUV光を局所照射して，流動場中でも局所な粘性変化を起こせるかと，またその際に内円筒に与える摩擦で生じるトルク変化を調べた．まずUV光を局所照射した場合の粘度変化の様子として，UV照射部分から赤褐色化した高粘性の溶液が，クエット流れに沿って流動する様子が確認できた．このことから，UV光を局所的に照射することで流動場中の溶液の粘性を局所的に増加できることがわかった．溶液にUV光を120分局所照射することでトルクを照射前から約5倍以上増加でき，その後連続して可視光を全体照射することでトルクが減少し，流動場中でも粘性の可逆的制御が達成できた．また溶液にUV光を120分，今度は全体に照射するとトルク変化は約3倍にとどまり，UV光を全体照射した場合よりも局所照射した場合がトルクをより大きく増加できる結果が得られた．このことは光の照射強度と照射方法が溶液の粘性変化の程度に大きく影響することを示唆するものである．

这项研究正在开发一种流动控制方法，该方法使用表面活性剂，其粘度由于紫外线（UV光）和可见光而可逆地变化，并允许自由控制由粘度而无需接触而导致的摩擦电阻。表面活性剂是阳离子/阴离子表面活性剂（CTAB/C4AZONA），其在暴露于紫外线时具有增加粘度的特性并在暴露于可见光的情况下降低粘度。今年，我们首先进行了一项实验，以研究是否可以通过光照射固定溶液来局部更改粘度。将蓝色的蓝色激光器用作光源，并将薄板光照射成容器内的薄ctab/c4azona溶液中。结果，我们观察到与板光相同范围内的溶液颜色（红色棕色）的变色，并确认粘度可以局部提高。接下来，我们用流动路径的假设制造了一个同心双缸设备，并在圆柱体之间形成的剪切的Quet流中局部辐照的紫外线上的紫外线光线，以确定该局部粘度的变化即使在流场中也会发生，并且由于此时的摩擦而引起的扭矩变化，此时此时施加了摩擦。首先，由于高度粘性溶液在局部辐照紫外线时，粘度如何变化，这是由于高度粘性的溶液从沿着Quet流动流动的紫外线辐照区域变成红褐色的结果。这表明局部辐照的紫外线可以在流场中局部增加溶液的粘度。局部用紫外线辐照溶液120分钟，在辐照之前，扭矩可以增加约五次，随后，通过照射整个可见光来减少扭矩，即使在流场中，也可以可逆地控制粘度。此外，当将紫外线照射到溶液中120分钟时，扭矩的变化仅大约3次，当局部照射时，扭矩可以显着增加，而不是全部辐照紫外线光。这表明光的强度和辐射方法对溶液中粘度变化的程度具有显着影响。

项目成果

光刺激により粘度が変化する界面活性剤溶液の流動に関する研究

光刺激引起粘度变化的表面活性剂溶液的流动研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 三上駿弥;石川 仁;近藤行成
• 通讯作者: 近藤行成