| Project/Area Number |
21H01244
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
花崎 逸雄 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10446734)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
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| Keywords | ハイドロゲル / 乾燥 / PIV / Single Particle Tracking / 顕微鏡動画 / データ解析 / 水素結合 / 非平衡 / 膨潤 / 相転移 / 相変化 / ゲル化 / 濡れ / ゲル / セルロースナノファイバー / ナノペーパー / 粒子追跡 / フレキシブルデバイス / インクジェット / 毛細管現象 / 流路 / 秩序形成 / ゾル / ラテラルフローアッセイ / 紙ベース分析チップ / 液滴 / micro-PAD / 紙ベース分析デバイス / Lab on a Chip |
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| Outline of Research at the Start |
透明でフレキシブルな基板であるナノペーパーは，低環境負荷な直径数nmのセルロース・ナノファイバー（Cellulose Nanofiber; CNF）を分散した水を乾燥して作製できる．CNF群が分散した水を乾燥する際には，分子論と連続体との間のスケールで，流体中にCNFの集積した微細な秩序構造が現れる．これを紙ベース分析チップに応用する際に重要となる流動現象の仕組みを追究する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
セルロースナノファイバー（CNF）分散水が容器内で乾燥してナノペーパーを形成する過程では，水の揮発が起きる気液界面が限られていることにも起因して現象の不均一性が生じることがある．さらに，容器の壁面の表面物性次第では巨視的な条件を左右することも有り得る．このため，本年度はCNF分散水の容器内の乾燥過程を，壁面の影響にも留意しながら追究した．微視的にはプローブとして添加した微粒子に対するSingle Particle Tracking（SPT)に基づく顕微鏡動画データ解析を行い，巨視的には容器全体スケールに対して鉛直方向に撮影した時系列画像に対するParticle Image Velocimetry（PIV）解析を行った．容器側壁の影響を検証するために側壁の素材を変えたPIVを実施すると共に，気液界面に近い領域とそれ以外の領域との違いを知るために計測方法を工夫した．すなわち，PIVで光路の奥行方向位置を鋭く設定する方法としてレーザーシートの方法が知られているが，本研究で扱う容器側壁は不透明である．また，側壁の影響を知る上で対称性を高く確保するために，容器底面投影形状は正方形や矩形ではなく円形としている．そこで本研究では，レーザーシートの方法の代わりに，試料への光の当て方を変える方法を採用した．すなわち，透過光ベースの方法と，反射光ベースの方法である．前者は試料の深さ方向全体の様子を反映して，後者は表面に近い部分の様子を主に反映する．このような工夫も含めた微視的・巨視的2段階のマルチスケールな計測データ解析に基づいて，ナノペーパー形成過程における動力学現象を明らかにした．その結果，コーヒーリング現象を抑制するに足るCNF濃度において，乾燥の過程でランダムさを伴う流動現象を生じることや，側壁の物性に影響を受けた間欠的なダイナミクスが生じ得ることを明らかにした．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(15 results)
