2016 Fiscal Year Research-status Report
マイクロフルイディクスにおける表面張力効果を利用した液操作技術の検討
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16K06095
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
山本 恭史 関西大学, システム理工学部, 教授 (90330175)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 混相流 / 表面張力 / 微小スケール / 濡れ性 / エレクトロウェッティング / 電気流体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，流体を利用する微小装置であるマイクロフルイディクスにおける液を操作するための技術として有効な表面張力に関する現象（濡れ性の制御，エレクトロウェッティング，マランゴニ効果）について，その現象を数値流体力学で表現するためのモデリングを行うとともに，効率的な操作を行うための支配要因を検討することであるが，現状で，以下の成果が得られた．
(1) エレクトロウェッティングについて，経験式を用いた簡易なモデルを用いてシミュレーションコードを作成し，他者の実験結果を再現できることを確認した．電極電圧の表現方法についても検討し，適切な方法が確認された．また，他者のシミュレーション手法では予測できなかった液滴の分裂時間が予測できるようになった．
(2) 温度操作による濡れ性制御による液滴移動を利用するためのコード開発を行った．温度変化による濡れ性変化と表面張力変化（マランゴニ効果が表れる）を表現するのに加えて，局所的に高温部分になることを適切に表現するため，全ての物性の温度変化を考慮に入れるシミュレーションコードを開発した．密度の温度変化を考慮するためには，圧縮性の考慮が必要であるが，それを適切に表現できるシミュレーションコードを開発した．そのコードは適切に動作することが確認出来た．
(3) エレクトロウェッティングについて，経験式を用いないモデル開発のために，電場をマクスウェル方程式を解いて求め，電気力を直接評価するコードの開発を行った．気液界面を含む流れ場を解くシミュレーションコードに組み込むために，1流体モデル表現と同様の手法で，適切な界面近傍の誘電率・電気伝導率の与え方を検討し，適切な表現手法が確認できた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
エレクトロウェッティングについては，簡易モデルによる予備解析と，電気流体力学に基づく厳密表現のコード作成を平行して取り組むことで，基本事項からきちんと確認しながら行ったため，電気力学シミュレーションコードを液滴シミュレーションコードを合体させるところまで進んでいない．ただし，液滴シミュレーションコードの機能を充実させることで，いろんな条件に対応できるように進化させることが出来ている．
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| Strategy for Future Research Activity |
電気力学シミュレーションコードと液滴シミュレーションコードを合体させることで，エレクトロウェッティングを経験的な仮定を用いずに再現するシミュレーションコードを完成させ，その動作の検討をおこなう．
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| Causes of Carryover |
1万5千円弱の余りで概ね予定通りであったので，無理に使用しなかった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の物品費として有効に使用する．
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