2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a 3D3C super-resolution measurement method for flow velocity distribution in nanospace utilizing defocusing particle image with light interference
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19H02061
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
嘉副 裕 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (20600919)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
花崎 逸雄 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10446734)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノ流路 / 粒子追跡法 / 流速分布 / デフォーカス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
流体工学が光の波長より小さいナノ空間へと進展している。しかし、空間が幅・深さ数100 nm以下になると液体の物性変化など様々な特異現象が発現するため、この空間の物質輸送を明らかにする超解像度（10 nm分解能）の流速分布計測が重要となる。本研究では、レンズの結像で問題となる球面収差を積極活用・制御して、非焦点領域の粒子像からナノ粒子の位置を10 nm分解能で検出するデフォーカス・ナノ粒子画像流速計（PIV）を開発する。
2021年度は、2020年度に得られたナノ流路を流れるナノ粒子の速度分布の測定結果について、現象解明のための検証を行った。2020年度の測定により得られた深さ400 nmのナノ流路における60 nmナノ粒子の速度分布は、親水壁面での流体のスリッピングを示唆するものであった。更なる検証のため、より大きな深さ3μmのマイクロ流路で同様の測定を行ったところ、従来の流体力学の理論と同様、壁面でのすべりなしを示す結果が得られた。このことから、ナノ流路で得られた結果については、(1) ナノ空間特有の流動現象、(2) 計測分解能の不足によるアーチファクトの２つの解釈が考えられる。そこで、統計力学による解析により、デフォーカス・ナノPIVによる測定をシミュレーションして、時間分解能・空間分解能が測定結果に及ぼす影響を検討し、これにもとづきナノ流路を流れるナノ粒子の位置検出における空間分解能、時間分解能を向上させた。この計測システムを用いて再度測定を行ったところ、従来の流体力学の理論に近い結果が得られた。よって、超解像度のPIVにおいて実現象を捉えるための計測分解能を検証し、ナノ空間の流動現象を初めて明らかにした。以上の成果は、近年開発が盛んな超解像度計測における設計指針となるものであり、今後ナノ空間の現象解明に繋がる極めて重要な成果である。
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| Research Progress Status |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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