2018 Fiscal Year Annual Research Report
Control of movement and stability of liquid marbles toward development of lab-on-water system
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16H04207
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
藤井 秀司 大阪工業大学, 工学部, 教授 (70434785)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 吉伸 大阪工業大学, 工学部, 教授 (70298800)
眞山 博幸 旭川医科大学, 医学部, 准教授 (70360948)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | リキッドマーブル / 気液界面 / 物質輸送 / 光熱変換 / 吸着 / マランゴニ対流 / 導電性高分子 / 粉体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、光熱変換現象を利用することで水面上のリキッドマーブル周囲場に界面張力の空間勾配を生み出し、これを運動の駆動力とする液体（リキッドマーブル内部液）の省エネルギー型デリバリーシステムを実現化することにある。また、水面を実験室（ラボ）として捉え、水面上においてリキッドマーブルの合一・崩壊により内部液の混合・徐放を行う、ラボ・オン・ウォーターシステムの基本概念を構築する。平成30年度は、リキッドマーブルの運動制御および運動の数値解析を目的とし、下記2項目について検討を行った。
1.リキッドマーブルの運動制御
水面上のリキッドマーブルに対しレーザー光を照射することで、光熱変換現象により界面張力の空間勾配を生み出し、これを「運動」の駆動力とするリキッドマーブルの遠隔運動操作について精査した。レーザー光の光源として、リキッドマーブル表面に吸着している粒子が高い吸収を示し、高効率で熱に変換する近赤外光が適しており、この近赤外光の出力が高くなると、リキッドマーブルの発熱温度が上がり、運動の速度が向上することを明らかにした。
2.リキッドマーブルの運動の数値解析
リキッドマーブルの運動を高速デジタルビデオカメラで録画し、動画解析ソフトウェアを使用することで、変位、速度、加速度を解析することに成功した。次いで、光照射したリキッドマーブル周辺場の温度分布をサーモグラフィーを用いて可視化・数値化し、界面張力の空間勾配を視覚化した。取得した情報に基づき運動方程式を立てることで、リキッドマーブルに作用している力と仕事の大きさの評価に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成30年度の研究計画通り、水面上におけるリキッドマーブルの運動制御について知見の蓄積を行い、さらに、運動の数値解析に取り組んだ。計画通り目標を達成することができた。また、平成31年度の研究計画の準備実験も開始している。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である平成31年度も、研究分担者との連携を通じて、省エネルギー型物質デリバリーシステムの実現化、およびラボ・オン・ウォーターシステムの基本概念の構築に努める。具体的には、下記の点について研究を推進する。
1.リキッドマーブルの運動の数値解析：リキッドマーブルの運動を高速デジタルビデオカメラで録画し、動画解析ソフトウェアを使用することで、変位・速度・加速度を解析する。近赤外レーザー光の出力、・リキッドマーブルのサイズ・水面温度とリキッドマーブルの運動（変位・速度・加速度）との相関関係について検討を行う。さらに、取得する結果に基づき運動方程式を立てることで、リキッドマーブルに作用している力と仕事の大きさを評価する。
2.リキッドマーブルの合一・崩壊条件の最適化：水面上に静置したリキッドマーブルに対し、光照射により運動エネルギーを獲得したリキッドマーブルを様々な速度で衝突させることで合一が起こるか起きないかを評価し、合一に必要な運動エネルギーを明らかにする。また、溶剤蒸気をリキッドマーブルに吹きかけることで粒子の液体への濡れ性を向上させ、気液界面から脱着させることでリキッドマーブルの崩壊を誘発し、内部物質の徐放を実現化する。
得られた結果を取りまとめ、学会発表、論文投稿を行う。これまでに取得した知見と平成31年度に取得する基礎的データを有機的に繋げることで、リキッドマーブル工学に基づく物質遠隔操作法を確立したい。
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