2020 Fiscal Year Annual Research Report
Direct measurement of pressure and shear stress distribution on the contact area of a droplet impacting a solid surface
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17H04903
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
グエン タン・ヴィン 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (20773427)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 液滴衝突 / MEMS / ピエゾ抵抗 / 圧力 / 力センサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和２年度の計画は試作したセンサアレイを用いて，液滴衝突における気泡の発生メカニズムを解析することである．令和元年度で行った実験において，微小液滴が超撥水表面に衝突する際，ある範囲のWeber numberにおいて，衝突の過程で液滴の内部に泡は閉じ込められた現象を発見した．この現象を力センサで計測することで，現象の発生メカニズムを解析し，また，超撥水表面の微細構造の寸法を変え，計測を行うことで，微細構造のサイズが現象の発生に及ぼす影響を調べた．計測結果から，Weber numberが6-12範囲において液滴衝突のspreading phase（衝突後に液体が表面に広がる段階）では，液滴の表面に表面張力波（capillary wave）が発生し，その結果，液滴が完全に広がった時点において液滴の中央が凹んだ形状となり，場合によってセンサに働く力が0になったため，液体が下の表面ら完全に離脱したと推定できる．また，高速度カメラを用いた観察結果から液体が中央に戻る段階において，液滴の上部の液体が液滴の下部より速く戻ることにより，液滴の中央に気泡が閉じ込められたことがわかった．その時，気泡の直下のセンサの出力に高い周波数の振動が確認でき，振動の周波数が気泡のサイズと反比例することがわかった．この結果から，試作したMEMS力センサで液滴衝突における気泡の発生を検知でき，また，気泡のサイズを推定できることを示した．さらに，表面の微細構造の高さや間隔が大きくなると，気泡が発生しなくなったことを確認した．接触面の観察の結果から，その原因は微細構造が高さや間隔が大きくなると，中央に閉じ込められた空気が接触面に逃げられたため，気泡の発生を防ぐことができることを示した．この研究成果に関する論文がmicrosystems & nanoengineering誌に掲載された．
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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