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．

In this study, the interaction of ultraviolet light (UV light) and visible light, the reversible change of viscosity, the use of interfacial active agents, the friction resistance from viscosity, and the development of non-contact flow control methods were investigated. The viscosity of interfacial active agent increases under UV light irradiation, but decreases under visible light irradiation. This year, the company started to operate in a static environment, where light was emitted and the viscosity was changed. The light source is close to the middle of the room. As a result, the color of the solution (auburn) is increased by the viscosity of the solution. The second flow path is designed to be concentric and the double cylinder device is fabricated. The formation of the cylinder between the cylinder and the strong flow of the solution is partially irradiated by UV light. The viscosity of the fluid in the flow field is changed. The friction between the cylinder and the cylinder is changed. When UV light is locally irradiated, the viscosity of the solution changes. When UV light is partially irradiated, the viscosity of the solution changes. The viscosity of the solution in the flow field increases with UV irradiation. The solution is irradiated by UV light 120 minutes before irradiation, and the solution is irradiated by visible light 120 minutes after irradiation. The UV light in the solution was 120 minutes, and now it was about 3 times higher than the total irradiation. The intensity and method of irradiation greatly affect the viscosity of the solution.

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