界面活性剤分子の自己集合によるトムズ効果メカニズムの分子論的解明
【研究分野】熱工学
【研究キーワード】
界面活性剤 / ミセル / 自己集合 / 抵抗低減 / 分子シミュレーション / 界面活性剤水溶液 / 固液界面 / 並列化 / マイクロ・ナノデバイス / 化学工学 / 制限領域
【研究成果の概要】
トムズ効果の分子論的なメカニズムを調べるため，分子シミュレーションをを用いて，円管流れ下における界面活性剤水溶液の挙動を再現，解析を行った．管の内壁が親水的な性質の場合，界面活性剤の濃度にかかわらずシアーシニングが観察され，一方，疎水的な性質の場合ニュートン流体のような振る舞いとシアーシックニングが観察されることを示した．さらに管径を広げ，乱流領域および層流から乱流への遷移領域における界面活性剤水溶液の振る舞いを再現した．棒状ミセルが管の中心付近に集まったようなせん断誘起構造が観察され，その変化が抵抗低減に影響を与えていることが示唆された．
【研究の社会的意義】
界面活性剤水溶液の粘度と自己集合構造の関係性を分子スケールで明らかにした．また円管内壁の化学的性質を変えることで，界面活性剤が形成する集合構造が変化し，結果として粘度の制御が可能であることを示した．抵抗低減効果は流れの状態（層流，乱流，遷移領域）に大きく依存したため，集合構造の振る舞いが関与している可能性がある．また水溶液内で特殊な自己集合構造を形成する物質として，Janus粒子系についても粒子デザインやアスペクト比，濃度をパラメータとして，自己集合構造と粘性挙動の関係を調べた．その結果，様々な自己集合構造が形成されたものの，粘度については集合体の平均会合数のみで見積もれることを明らかにした．
【研究代表者】
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31
【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)