2016 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of AC drive mechanism of ion ratchet membrane pump
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15K13552
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
奥村 泰志 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (50448073)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電気浸透流ポンプ / 交流駆動 / ゼータ電位 / 流動電位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
膜両面のゼータ電位が異なるトラックエッチド膜を用いた電気浸透流ポンプにおいて、交流電場印加によって誘起される交流の電気浸透流が一方向に整流される機構を、電気二重層の分布を直接観察するこによって解明することを試みた。孔径1.2 マイクロメートル、厚さ20 マイクロメートルのTE膜の両面に金をコーティングして電極とすると共に、この膜を3-Mercapto-1-propanesulfonic acid (MPA)水溶液に浮かせて静置することでMPAを金チオール結合により膜に固定し、そのスルホン酸基を膜の固定電荷とした。純水で洗浄後、このTE膜をカチオン性蛍光色素の水溶液に浸して、対イオンを水素イオンから蛍光色素イオンへと置換した。この時、浸す時間を変化させて金電極に修飾するMPA、すなわち固定電荷の量が異なる試料を作成した。余剰な色素およびイオンを除去して超純水に浸した蛍光性TE膜を共焦点走査型レーザー顕微鏡で蛍光観察した。その結果、MPAの修飾時間が増大するに従って孔内でリング状に分布するカウンターイオンの分布半径が小さく観察された。これは固定電荷量の増大に伴ってカウンターイオンが増大すると共に、カウンターイオン間の反発から電気二重層が厚くなったためと考えられる。以上の結果から、表面と裏面で対イオンの量が非対称なTE膜において、表面近傍の電気二重層の厚さが表面と裏面で異なること、すなわち実効的な流路半径が非対称であることが分かった。流体力学的には、膜を貫通する流路の圧力損失は、流路が狭くなるときの縮小損失、Hagen-Poiseuilleの損失、流路が解放される拡大損失などの和として表されるが、流路の形状が非対称だと圧力損失も非対称になる。この圧力損失の非対称性が、交流駆動電気浸透流ポンプの整流能を生み出していると示唆された。
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