2006 Fiscal Year Annual Research Report
超音波により誘起されるマイクロヘテロ反応場の解析と化学プロセスへの展開
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17310086
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
飯田 康夫 独立行政法人産業技術総合研究所, 先進製造プロセス研究部門, 研究グループ長 (20356405)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
砥綿 篤哉 独立行政法人産業技術総合研究所, 主任研究員 (80357590)
安井 久一 独立行政法人産業技術総合研究所, 主任研究員 (30277842)
小塚 晃透 独立行政法人産業技術総合研究所, 主任研究員 (60357001)
辻内 亨 独立行政法人産業技術総合研究所, 主任研究員 (70357515)
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| Keywords | 超音波 / マイクロ空間 / 反応場 / キャビテーション / エマルジョン |
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| Research Abstract |
超音波により誘起されるマイクロヘテロ反応場として、空間的に反応領域が拘束されたマイクロリアクター型反応場と、溶液内に形成されるエマルジョン型反応場の2つについて研究を進めた。マイクロリアクター型については、マイクロ空間において超音波によるキャビテーションを生起し、気泡を介した超音波エネルギーの伝達・集中を実現した。その効果を定量的に確認するために、アルコール注入法によるリン脂質リポソームの調製を行い、その粒径分布の変化から従来にない高効率な攪拌効果が得られることを実証した。また同様の反応場を用いて金ナノ粒子の合成を行い、核生成に対する超音波の効果について検討した。マイクロリアクターにおいては超音波の照射時間が短いことや生成するラジカル数が金イオン数の4桁程度少ないために、超音波のみでの効率的な金ナノ粒子生成は困難であったが、核生成を制御することにより、生成粒子の大きさや粒径分布を制御することが可能であった。同様に、金ナノ粒子含有リポソームの調製が可能であるを実証した。一方、エマルジョン型マイクロヘテロ反応場を用いた材料合成応用では、超音波により形成される微細エマルションをテンプレートとしたセラミックス多孔体作成を試み、いくつかのセラミックス材料において所望の多孔体を得ることができることを示した。また、多くの機能を発揮することが期待される多糖類ゲル状物質への超音波照射に関する基礎的な実験を開始した。本研究のもう一つのテーマである理論解析では、超音波の物理的作用の起源である衝撃波強さについて検討し、溶存気体種によって衝撃波のエネルギーが変化することを定量化した。また、音場解析は超音波の作用を考える上で重要であるが、反応槽を形成する器壁振動と音場を達成させた有限要素法を用いた解析を行い、器壁の剛性により形成される音場が大きく変化することを見出した。
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