2020 Fiscal Year Research-status Report
濁度によらない新しい動的光散乱測定技術の高分解能化および周波数領域拡張の実現
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20K04505
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
高木 晋作 東京都市大学, 理工学部, 講師 (70386358)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 動的光散乱 / 二重ロックイン検波 / 多重散乱 / 光強度変調 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
測定系の周波数分解能の向上をはかるため、光学系の改良に着手した。2本の励起光のうち一方に強度変調を加えて干渉縞の明滅を実現する目的で、光チョッパー（アイアールシステム社CH-60およびドライバーDCH-60-220-BNC）を補助金から購入した。また、光チョッパーのドライバー、ロックインアンプ、信号発生器の外部制御を図るため、PC（日本HP社EliteBook x360 1040 G7）および計測機器制御アプリケーション（LabVIEW）のサポートプログラムを補助金から支出した。現在は二重ロックイン検出のための制御プログラムの構築を進めている。
測定系構築を検証するための標準試料として、Polysciences社製のコロイド試料（ポリスチレンラテックス）を、異なる粒径の複数種で発注したが、殆どが国内在庫が無く輸入手配となり、さらにコロナ禍の影響で輸入に遅れが生じ、一部の試料についてはキャンセルを余儀なくされた。
光学系改良と並行して、測定系の周波数分解能の向上をはかるため、信号処理系をどのように組み替えるのが最良かを理論的に考察した。所期の二重ロックイン検出技術を改良して従来どおりの測定精度を保持しつつ、1Hzを下回る低周波数帯まで信号処理できる方法について再考した。その結果、現状の「移動干渉縞によるコロイド試料の拡散運動の励起」にこだわった場合、うまく二重ロックイン検出技術を適用できないことが判明したため、「明滅する移動干渉縞」の使用を断念し、「明滅する固定干渉縞によるコロイド試料の拡散運動の励起」に方針転換することにした。以上の内容は2021年3月の日本物理学会第76回年次大会で発表した。
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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
当初の購入予定としていた光チョッパーは変調周波数が4Hzであったが、より高い分解能を実現するには4Hzでは不十分と思われ、機種選定をやり直し、DCから変調が可能なアイアールシステム社CH-60およびドライバーDCH-60-220-BNCを購入した。そのため実験系の再構築のスタートにやや遅れが生じたものの、おおむね順調に構築を進めているところである。
なお、標準コロイド試料についても、コロナの影響で輸入品の手配に遅れが生じており、一部発注を断念せざるをえなかった。
光学系改良と並行して、信号処理系をどのように低周波数帯まで拡張できるか再考したところ、現状の「移動干渉縞によるコロイド試料の拡散運動の励起」にこだわった場合、うまく二重ロックイン検出技術を適用できないことが判明した。そのため、当初計画していた「明滅する移動干渉縞」への改良を断念し、「明滅する固定干渉縞」への改良を手掛けることとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在は二重ロックイン検出のための制御プログラムの構築に取り組んでいる。これまでの測定系に昨年度購入した光チョッパーを組み込み、信号処理系の構築に引き続き取り組む。
また、構築した測定系の性能評価として、コロイド懸濁液の白濁化制御を分散質であるコロイド粒径のみならず分散媒の白濁化でもコントロールする予定であるが、その準備として、分散媒の白濁化に用いる微量の塩酸と硝酸銀水溶液がコロイドの分散状態に影響を及ぼすか否かを検証する。これらの検証には微量の溶液を定量採取する必要があるため、本補助金から容量可変のマイクロピペットを購入予定である。
すべての測定は室温で行うことができるが、コロイドの拡散運動や水溶液白濁の原因となる溶解度積などは温度によって変化するため、試料ステージに温度制御装置をセットして、温度をパラメータに取った研究を進める予定であり、本補助金から温度コントローラー（ニコンMATS-502R）を購入予定である。
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| Causes of Carryover |
一部の標準コロイド溶液について、コロナ禍の影響で海外からの輸入に遅滞が生じたため。また、日本物理学会が遠隔で開催されたことにより、旅費を計上する必要がなくなったため。
次年度の使用計画について、粒径の異なる複数種のコロイド溶液は現有する試料の範囲内で研究を進めるが、必要に応じて再度輸入手続きを取ることとする。また、学会発表のための旅費が必要となるか否かは学会の開催形態によって決まるが、開催形態は今後のコロナウィルスの感染状況によるため、現状では2022年春の大会が現地開催となる前提で旅費を計上する。海外での学会発表が可能かはさらに見通しが立てづらいが、国内学会と同様に2021年秋以降に現地開催が決まった場合を想定して旅費を計上する。
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