2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study of crystal growth using in-situ observation of temperature and velocity
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16K13865
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
栗田 玲 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (20579908)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 可視化 / 速度場 / 結晶化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題「温度場・速度場同時観察を用いた結晶成長の研究」では，結晶のマクロなパターン（モロフォロジー）において速度場・温度場の影響を調べることを目的としていた．そのためには，速度場・温度場を可視化する必要があり，当初の計画では温感液晶カプセルの楕円化によって実現する予定であった．
当初の計画通り，温感液晶カプセルを楕円にするところから研究はスタートしたが，カプセルの材質や強度が想定以上であり，温感液晶カプセルの楕円化を実現することは叶わなかった．しかしながら，ラテックス粒子の楕円化に成功し，速度場は可視化することができるようになった．通常の球形のラテックス粒子では，対流の速度場を上から観察した場合，何も見えないのに対し，楕円形のラテックス粒子を用いると対流の上昇領域，下降領域がはっきりと見えるようになった．これまで上からの観察はアルミニウム粉末を用いることが一般的であったが，アルミニウム粉末は比重が大きく，自重によって沈み流れを乱してしまう．一方，今回用いたラテックス粒子は水とほぼ同程度の比重であり，流れを乱すことなく長時間の観察が可能となった．当初の計画とは異なってしまったが，充分に有益な結果が得られ，今後，流体の可視化技術として使われるようになると考えている．
また，結晶化の実験も行っている．溶液の液滴を乾燥させることで溶質が再結晶化する．この時，ラテックス粒子をいれることで，蒸発過程を変化させることに成功した．液滴の端をピン留めすることで，溶質の結晶化過程が大きく変化した．温度や湿度を変えることで，同心円パターンや樹枝状パターンといったこれまで報告されていないパターンが観察され，重要なパラメターを見つけることに成功した．結晶のパターンは物性に大きく関わるため，大きな成果であると言える．現在，学術誌に投稿中である．
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