2018 Fiscal Year Annual Research Report
Generation and control of singularities in viscous flow by photothermal conversion at liquid/nanostructured solid surfaces
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17H01050
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
鈴木 基史 京都大学, 工学研究科, 教授 (00346040)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉村 博之 京都大学, 工学研究科, 教授 (10293656)
名村 今日子 京都大学, 工学研究科, 助教 (20756803)
巽 和也 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90372854)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 流れの特異点 / マランゴニ力 / 光熱変換 / ナノ形態制御薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画では平成29年度～31年度の3年間で，1) 擬似ストークス源のキャラクタリゼーション・モデリングと制御技術の確立，2) ナノ形態・表面状態を制御した表面における流れの計測・評価，3) 光熱変換部のパターニングによる面内温度分布の形成と流れへの影響調査，4) 複合擬似特異点の配置による流れの制御 の４つの課題に取り組む計画であり，平成30年度には1), 2), 4)について前年度に継続して検討を続けた．
1) 光熱変換によって生成される擬似ストークス源となるマイクロバブルの振動と溶存気体量との関係を高速度カメラと散乱光強度を用いることで詳細に調査し，溶存気体の量，バブルサイズと振動数の関係を定量的に明らかにした．その結果，マイクロバブル周辺の高速流れには，バブルの振動と表面張力によるマランゴニ力の両方が寄与していることがわかった．
2) イオンビーム照射しながら動的斜め蒸着することに世界で初めて成功した．斜め蒸着単独では実現することができない大きな角度に傾斜した得意なナノコラム構造が成長することを見出した．従来にない表面形態をもつ表面の濡れ性を制御することで，新しい流れの発生・制御が期待される．
3) 昨年度に導入した空間光変調器(SLM)を駆使することで，最大３個のマイクロバブルを生成し，それぞれのバブルに対して非対称な強度分布をもつレーザーを照射することで複数の擬似ストークス源を配置し，その力の作用する方向を制御することに成功した．その結果，擬似ストークス源の合成によるマクロな一方向流れを発生させることに道筋をつけることができた．擬似ストークス源アレイを作成することができれば，マイクロ流路駆動のためのポンプとして機能することが期待できる．
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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
前年度に前倒しで導入したSLMと高速度カメラを用いることで得た新しい知見をさらに深めることができ，擬似ストークス源によるマイクロ流体制御の確かな手応えを得ることができた．計画は概ね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
[課題:複合擬似特異点の配置による流れの制御] 粘性流体の特異点を合成すると，任意の流れを表現できることが知られている．そこで，昨年度までに得られた擬似特異点を多数配置し，実際に特異点の合成によってどのような流れが誘起されるか調査する．多数個の特異点の生成には同時に多数のマイクロバブルを生成する必要があるが，本計画ではナノ粒子のパターンを利用する計画である．また基板表面には表面ナノ形態と化学修飾表面を用いる. 本計画で，擬似特異点の制御及び合成の道筋がつけば，レーザを用いなくても任意の熱源からマイクロバブルを用いて任意の流れを創出して制御することができるようになると期待する.
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Research Products
(16 results)
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[Presentation] 窒化チタンナノ構造の光熱変換による水の温度一定過熱2019
Author(s)
石井智, 村井俊介, 鎌倉涼介, 阪本浩之, 呉屋伸哉, ダオ・タン, シンデ・サティシュ, 名村今日子, 鈴木基文, 長尾忠昭, 田中勝久
Organizer
第66回応用物理学会春季学術講演会
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