マイクロ熱流体デバイス内の多変量イメージングに関する開発研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555057
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 菱田 公一 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (40156592)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 洋平 独立行政法人産業技術総合研究所, 主任研究員 ; 前田 昌信 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (90051466)
• Keywords: レーザ計測 / 粒子画像流速計 / レーザ誘起蛍光法 / マイクロスコープ / ブラウン運動 / 蛍光粒子 / 画像処理

Research Abstract

本研究はマイクロデバイス技術の新展開にナノスケールでの熱流体流動構造の定量的な知見を組織的に収集するために,極細の管内の電気泳動を対象として波長オーダーの粒子でもトレースが可能な誘起発光粒子の発光体トレース法を開発適用してPIV/PTVなどマイクロスコープイメージング技術としてこれを発展させた.
速度場の計測に関しては,サブミクロンの蛍光粒子をトレーサ粒子に用いると,粒子のブラウン運動により,ランダムな乱れが計測され,流体運動が正確に測定できない問題があった.昨年度開発した,局所空間平均PTV法を用いて,ブラウン運動による速度計測の誤差を低減しつつ,時間的に変化する脈動流の詳細な計測が可能となった.また,電界を印加することで発生する界面動電駆動流において,トレーサ粒子の電気泳動,流路壁面での電気浸透流をそれぞれ区別して評価することに成功した.これにより,電気浸透流の速度分布の定量的な評価を行うことが可能になった.また,フォトクロミック色素を溶媒に溶かし込み,紫外線レーザを用いて励起させ,分子トレーサとして流れ場の可視化を行った.これにより,界面近傍での流体の運動を正確に測定され,圧力駆動流との相違も明確にされた.
さらに交番電場を用いた,二流体の混合の促進・制御に関して,T字流路内で電気浸透流と圧力駆動流を組み合わせることで,二流体の界面の揺らぎが生じ,両者の接触面積が増大することが確認できた.これらの基盤技術を融合することによって,今後マイクロ熱流体デバイスとしての機能の多様化の目処がついた

Research Products

• [Publications] Yohei Sato, Gentaro Irisawa, Masanori Ishizuka, Koichi Hishida, Masanobu Maeda: "Visualization of convective mixing in microchannel by fluorescence imaging"MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY. Vol.14,No.1. 114-121 (2002)
• [Publications] 入澤元太郎, 石束真典, 佐藤洋平, 菱田公一, 前田昌信: "蛍光を用いたマイクロチャネル内における対流混合の可視化"日本機械学会論文集B編. 第68巻, 674号. 2803-2810 (2002)
• [Publications] 稲葉靖二郎, 佐藤洋平, 菱田公一, 前田昌信: "サブミクロン蛍光粒子を用いた微小空間における流れ場計測(トレーサ粒子のブラウン運動を考慮した局所空間平均PTVの提案)"日本機械学会論文集B編. 第68巻, 675号. 3033-3040 (2002)
• [Publications] T.Yamamoto, S.Inaba, Y.Sato, K.Hishida, M.Maeda: "Measurements in microchannel by laser induced molecular tagging and micro-PIV"11th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics Lisbon. 12-15 (2002)
• [Publications] Sato, Y., Inaba, S., Irisawa, G., Ishizuka, M., Hishida, K., Maeda, M.: "Thermofluid Dynamics in Microchannel Obtained from Optical Measurements Using Fluorescence"Proc. of The 10th International Symposium on Flow Visualization. F0059 (2002)
• [Publications] 山本尊博, 佐藤洋平, 菱田公一, 前田昌信: "マイクロチャネル内の界面動電現象による流動センシングとその制御"熱工学講演会講演論文集. No.02-22,C141. 111-112 (2002)