2006 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Creation of non-equilibrium soft matter physics: Structure and dynamics of mesoscopic systems |
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18068006
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
土井 正男 東京大学, 大学院工学系研究科, 教授 (70087104)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奥園 透 東京大学, 大学院工学系研究科, 特任講師 (10314725)
山上 達也 東京大学, 大学院工学系研究科, 助手 (80376491)
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| Keywords | 乾燥プロセス / 薄膜 / ゲル化 / シミュレーション |
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| Research Abstract |
微少流動現象として、基板上の高分子溶液の溶媒蒸発に伴う流れに焦点をあて、高分子液滴の乾燥に伴う形状変化の実験とモデル化、および、自由表面におけるスキン(ゲル状の膜)形成過程のダイナミクスについて研究を行った。
平衡接触角度が85度と半球に近いアニソール-ポリスチレンの液滴の乾燥過程と乾燥後のドット形状を、初期濃度が0.01〜3.0%、初期体積が0.5〜500nlと初期濃度は2桁、初期体積は3桁に渡る広いレンジの液滴について計測し、乾燥後のドット形状を決める因子の普遍性を調べた。その結果、高分子液滴の乾燥過程は(1)接触線を固定したまま後退接触角度まで変形(2)球帽形のまま接触線が後退(3)再び接触線が止まり固化・変形、の3段階に分かれることがわかった。特に(3)の過程において蒸発速度が急激に低下する事が観測された。これは、液滴表面でのゲル膜の生成と関係していると考えられ、そのプロセスは蒸発速度、液滴半径、および拡散係数を用いて定義したペクレ数によって特徴付けられることがわかった。
一方、高分子溶液乾燥過程の簡単な1次元モテルを提案し、スキン形成に関する理論的な考察を行った。このモデルでは、スキンを自由表面付近に形成されるゲル相とみなし、移動境界を伴った拡散方程式により、そのダイナミクスを記述した。このモデルの理論的および数値的額解析によって、スキン形成のプロセスがペクレ数によつて特徴付けられることを示し、スキン形成条件に関する解析的な表式を得た。この結果は、上記の実験結果を定性的に説明するものである。
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