非定常・非一様ひずみ速度場における複雑流体のレオロジー・内部構造計測法の開発

複雑流体（complex fluids）のレオロジーは，ニュートン流体（粘度がひずみ速度に依存しない）とは異なり，流体の変形や時間発展による物質の内部状態変化の影響を受ける．流体内部の応力，ひずみ速度（ひずみ）分布と，物質の微視的構造や化学的性質を同時に把握する方法が必要である．そこで，ラボスケールかつ非定常計測への拡張が可能な，応力，ひずみ速度（ひずみ），物質の微視的構造・分子の状態を同時に把握する新しい方法論として，「光干渉断層撮影法（OCT）」による流動，構造計測と「ラマン分光法」による物質分子計測を複合した高時間分解レオロジー計測システムの構築を進めた．本年度は，三つのサブテーマに分けて研究を行った．第１に，OCT/ラマン複合計測システムの構築を進めた．赤外スーパールミネッセントダイオード（SLD）を光源とするドップラーシフトOCT流速計の組み立てに必要な部品を収集した．ラマン分光による物質分子計測の予備調査を行った．第２に，非ニュートン流体の管内流れの計測に向けて，比較検証用の高速度複屈折カメラによる応力場非定常計測システムのセットアップを行った．また，試験物質として，複屈折流体（セルロースナノクリスタルにヨウ化ナトリウムを加えた水溶液）を選定し，基本的なレオロジー特性試験を実施した．第３に，伸長流に対する時間分解計測に向けて，比較検証用の非線形有限要素法（FEM）数値シミュレーションを実施した．マルチフィジックスソルバー（COMSOL）での計算を前提に，さまざまなレオロジーモデルでの計算を可能にするよう，計算条件を整え，既往の実験（Arora et al. 2017）による応力・ひずみ測定結果との比較から，良好な計算結果が得られることを確認した．

複雑流体（complex fluids）のレオロジーは，ニュートン流体（粘度がひずみ速度に依存しない）とは異なり，流体の変形や時間発展による物質の内部状態変化の影響を受ける．流体内部の応力，ひずみ速度（ひずみ）分布と，物質の微視的構造や化学的性質を同時に把握する方法が必要である．そこで，ラボスケールかつ非定常計測への拡張が可能な，応力，ひずみ速度（ひずみ），物質の微視的構造・分子の状態を同時に把握する新しい方法論として，「光干渉断層撮影法（OCT）」による流動，構造計測と「ラマン分光法」による物質分子計測を複合した高時間分解レオロジー計測システムの構築を進めた．本年度は，三つのサブテーマに分けて研究を行った．第１に，OCT/ラマン複合計測システムの構築を進めた．赤外スーパールミネッセントダイオード（SLD）を光源とするドップラーシフトOCT流速計の組み立てに必要な部品を収集した．ラマン分光による物質分子計測の予備調査を行った．第２に，非ニュートン流体の管内流れの計測に向けて，比較検証用の高速度複屈折カメラによる応力場非定常計測システムのセットアップを行った．また，試験物質として，複屈折流体（セルロースナノクリスタルにヨウ化ナトリウムを加えた水溶液）を選定し，基本的なレオロジー特性試験を実施した．第３に，伸長流に対する時間分解計測に向けて，比較検証用の非線形有限要素法（FEM）数値シミュレーションを実施した．マルチフィジックスソルバー（COMSOL）での計算を前提に，さまざまなレオロジーモデルでの計算を可能にするよう，計算条件を整え，既往の実験（Arora et al. 2017）による応力・ひずみ測定結果との比較から，良好な計算結果が得られることを確認した．