2021 Fiscal Year Annual Research Report
Optical surface tension measurement of single aerosol droplet
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18H03912
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
火原 彰秀 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30312995)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡田 哲男 東京工業大学, 理学院, 教授 (20183030)
福山 真央 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (40754429)
石坂 昌司 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (80311520)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | エアロゾル / レーザー散乱 / 表面張力波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、準弾性レーザー散乱（QELS）法による気液界面計測による有機分子蒸気の影響をより詳しく調べた。基板上セシルドロップ計測では、前年度はじめたリモネン蒸気の影響を定量的に調べるため、まず懸滴法実験を工夫した。まず1M NaCl水溶液の液滴を、溶液セル中の水面上部に設置したシリンジ先端に形成し、そこにリモニンを定量的に滴下することでその影響を調べたところ、滴下量に応じた張力低下が観測された。この結果から、QELS法による張力変化測定を調べたところ、懸滴法に比べてバラツキは大きいものの、懸滴法と同様の結果が得られたことから、十分に大気化学実験に用いることが出来ると考えた。
セシルドロップ計測では、静止接触角のバラツキに起因すると考えられる表面張力値のバラツキが課題であった。これを改善するために疎水処理した直径5ミクロンの金薄膜被覆タングステン線上にエアロゾル水滴を固定する方法を考案した。直径10ミクロン程度の1M NaCl水溶液水滴を固定化して観察することに成功した。ここで、タングステン線にレーザー光を照射すると温度上昇により気液平衡が変化して、液相が縮小してNaCl結晶が析出した状態を作ることが出来た。また、光照射を停止するともとの液滴状態に回復した。この状況は、雲粒形成の前駆状態からの水和過程と見なすことが出来る新しい実験系である。環境をレーザー照射前の温度での飽和水蒸気とリモニン蒸気の混合蒸気とすると水和過程の遅延が観測された。新しい実験系の試行から、表面張力・気液平衡・水和速度を同時に計測する手法につながる切っ掛けを発見したといえる。
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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
全体計画のうち、準弾性レーザー散乱法の気液界面計測とその解析法は順調に推移している。これまでに開発してきた液滴張力測定、時間分解張力測定、金属線上での水和過程観察を会わせて行うことで、従来得ることの出来なかった有機物が与える雲物形成素過程に関する情報を得られると期待できる。この点は、計画以上の結果になると期待できる。タングステン線の直径に依存する実験であるため、より小さなエアロゾル水滴が観測困難という問題点があるが、より細いナノファイバーなどの利用ができれば、新しいエアロゾル観測法につながると期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究者分担者である岡田哲男教授が東京工業大学を退職し、研究継続が困難であるため研究チームから抜けることとなった。岡田教授が担っていた界面解析を新たに担うため、秋田工業高等専門学校の柳町准教授、東北大学多元物質科学研究所の玄助教をメンバーに加えた。特に玄助教はエアロゾル科学を専門としており、エアロゾルトラップ法の改良などへの貢献も期待できる。
以上のメンバー交代はあったが、これまでと同様の研究が実施できる体制ができたと考える。最終年度に向けて、研究を着実に実施しつつ、それぞれの研究項目の成果の取りまとめと、課題の整理を行う。
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