A Study on Physical Properties of Aerosol Liquid Droplet Based on Laser Trapping - Microspectroscopies

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05361
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Kitamura Noboru 北海道大学, 理学研究院, 名誉教授 (50134838)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三浦 篤志 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (90379553)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: エアロゾル液滴 / レーザー捕捉・顕微分光 / 過冷却液体 / 液滴サイズ依存性

Outline of Final Research Achievements

On the basis of a potential application of a laser trapping-microspectroscopy technique, we showed physicochemical characteristics of single aerosol dimethyl sulfoxide (DMSO), ethanol (EtOH), and water microdroplets in air. Although the freezing point (fp) of bulk DMSO liquid is +18.5 degree, an aerosol DMSO microdroplet levitated in air is shown to take a supercooled liquid state down to -58 degree. Since a single DMSO microdroplet in air does not contact other than air, freezing nucleus formation is unlikely and this results in formation of an unfrozen DMSO droplet even below fp = +18.5 degree. It has been also demonstrated that aerosolization of EtOH or water in air gives rise to a liquid viscosity jump and the viscosities of these aerosol microdroplets increase with decreases in the droplet size in a micrometer dimension.

Free Research Field

分光分析化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

エアロゾル液滴の物理化学的特徴を明らかにする実験的な研究は限られている現状において、本研究においては温度制御下における単一エアロゾル液滴のレーザー捕捉・顕微分光法を駆使することによってマイクロメートルサイズのエアロゾル液滴の凍結温度や液体粘度の特性を明らかにしたことは大きな学術的意義がある。特に、エアロゾル液滴の液体粘度が液滴サイズに依存することを示した事は、液体物性の特徴の更なる理解を進める上で重要な知見である。更に、エアロゾル液滴は化学蒸着法のような工業プロセスや日常生活で利用される各種スプレー製品に利用されているため、エアロゾル液滴の物性の理解は社会的に意義がある。