2022 Fiscal Year Research-status Report
Study on the new ultrafine bubble measurement using sonoluminescence
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18K03940
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| Research Institution | Kochi National College of Technology |
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Principal Investigator |
秦 隆志 高知工業高等専門学校, ソーシャルデザイン工学科, 教授 (00342577)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ウルトラファインバブル / ナノバブル / コンタミネーション / ソノルミネッセンス / 超音波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
流体工学分野の混相流を筆頭に、多くの学術分野や産業分野においてファインバブル（微細気泡）研究が進んでいる。しかしながら、ファインバブルの内、特に1μm未満で定義されるウルトラファインバブル（ナノバブル）については、その微小性から評価が困難であり、粒度分布測定から得られるデータをそのままウルトラファインバブルとすることは不純物の混在（コンタミネーション）も検討されることから難しい。本研究の目的は不純物混在下においてもウルトラファインバブルを定性的・定量的に評価できる計測法の確立を目指して、超音波照射によって生じるソノルミネッセンス（発光現象）を用いた新たな計測法について研究をおこなう。
研究概要としては、【① 純水中でのウルトラファインバブルの評価（1年目）】、【② 不純物の影響（2年目）】、【③ 不純物が混在したウルトラファインバブルの評価（3年目）】、および【④ ウルトラファインバブルの消泡の検討（1～2年目）】とした。
申請時の最終計画年度までに①～④を実施したが、開催予定であった国際会議がコロナ禍の影響で延期になったため延長した。本年度の実績としては全体をより発展させた一般的仕様への拡張を目指して内包気体を空気とした系での検討をおこなった。これまでの検討ではソノルミネッセンス挙動が強く現れるアルゴンガスを用いたが、一般的には空気を用いてウルトラファインバブルを作製することが多い。このアルゴンガスは空気にも1％程度含まれており、空気の場合でのデータ取りをおこない、最適な超音波の周波数帯などを調査した。
また、これまでの成果を国内学会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
【① 純水中でのウルトラファインバブルの評価（1年目）】純水中でのウルトラファインバブルに対するソノルミネッセンス測定をおこなった。コントロール水ではウルトラファインバブル水と同様なソノルミネッセンス挙動は確認されず、この挙動はウルトラファインバブルがキーになっていること（定性）、またその強度はウルトラファインバブルの数密度に依存すること（定量）を確認した。
【② 不純物の影響（2年目）】固体ナノ粒子：ポリスチレンラテックス、イオン成分：NaCl、油脂（油分）：オレイン酸を分散させた不純物系を作製しソノルミネッセンス測定をおこなった。結果、イオン類混在下でのみ、ソノルミネッセンス強度の全体的な上昇が確認された。
【③ 不純物が混在したウルトラファインバブルの評価（3年目）】固体ナノ粒子および油分をそれぞれ混在させた系では、それらの有無によるソノルミネッセンス強度に差はなく、ウルトラファインバブルの有無にのみ強度差が生じた。他方、NaCl等のイオン類混在下ではソノルミネッセンス強度が全体的に上昇したことからウルトラファインバブルの崩壊に関与すると考えられるOHラジカルの波長領域を通過させるバンドパスフィルタを用い、バブルの崩壊分のみを選択的に識別した。
【④ ウルトラファインバブルの消泡の検討（1～2年目）】凍結溶解によりウルトラファインバブルは消泡するものの、固体ナノ粒子も凝集して同様に分散量が減衰することを確認した。現状では超音波、それも高周波においての消泡効果が高いことを確認した。
以上の結果からソノルミネッセンスを指標とすることで不純物混在下でもウルトラファインバブルのみを定性的・定量的に識別できる可能性を得た。
なお、申請時の研究期間内で開催予定であった国際会議がコロナ禍の影響で延期になったことから延長をおこない、③の発展（内包気体を空気に拡張）と成果発表を継続した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画では3年間の実施計画であったが、当該年度内に開催予定であった国際会議がコロナ禍の影響で延期されたことにより延長した。次年度は関係する国際会議の他、国内学会でこれまでの成果発表を、また関係する追加データの取得をおこなう。
なお、追加データとしてはウルトラファインバブルの内包気体として最も用いられている空気でも評価可能かといった一般的仕様や拡張について検討する。
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| Causes of Carryover |
成果発表を検討していた学会がコロナ禍によって延期や中止となり、それに対応して延長申請をおこなった。使用については主に成果発表（学会発表）に関する旅費等を計画している。
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