Elucidation of Ultrafine Bubble Collapse Dynamics and Applications to Mechanical Manufacturing

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00734
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Kuriyagawa Tsunemoto 東北大学, 工学研究科, 教授 (90170092)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水谷 正義 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50398640) ; 久保 百司 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90241538) ; 今野 豊彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90260447) ; 嶋田 慶太 東北大学, 工学研究科, 助教 (30633383)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ウルトラファインバブル / 研磨加工 / 切削加工 / 表面酸化 / 分子動力学 / 冷却性能 / 膜沸騰

Outline of Final Research Achievements

Ultrafine bubbles (UFB) began to be applied to the fishery and agricultural fields in the mid-2000s, and at present, their applications are widely expanding such as to medicine, dentistry, pharmacy, engineering fields. However, its mechanism of UFB behaviors has not been fully elucidated, and there is an urgent need to prove it scientifically. In this study, the basic USB collapse dynamics was clarified by a large-scale molecular dynamics simulation. We have succeeded in improving the efficiency of the polishing process of gallium nitride by collapsing ultrafine bubbles and generating OH radicals by the ultrasonic-assisted coolant supply method. And it was found that this is due to the surface activation effect peculiar to the ultrafine bubble.

Free Research Field

精密加工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ウルトラファインバブルは“日本発”の技術であり、産業界への波及効果が非常に大きい。“ものづくりJAPAN”ブランド確立のため、経済産業省をはじめとして国を挙げてUFBの国際標準化に取り組んでいる。数年前からはUFBの切削、研削、研磨などの機械加工分野への適用が始まっている。さらにUFBは“水と空気”のみを使う技術であり、化学薬剤は一切不要である。したがって環境にも非常に優しい技術である。本研究はUFBの原子レベルでの挙動解明を行うことにより、UFB利用技術の最適化を行おうとする全く新しい試みである。