Visualizing nanoscale water and the condensation dynamics by Brewster angle effect

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15167
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Lee Yaerim 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (40850714)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ブリュースター角効果 / 固-液接触線 / 可視化技術 / 水のダイナミクス

Outline of Final Research Achievements

The behavior of water on solid surfaces is of great importance from basic science to industrial applications, and accurate observation of solid-liquid contact lines down to the microscopic scale is necessary to understand its physics. However, general microscopy techniques do not provide　enough optical contrast in transparent media, and observation methods in atmospheric air have not yet been established. In this study, we combined microfabrication and optical engineering technologies to establish a method for real-time visualization of microscale water in the atmospheric air. We identified the Brewster angle condition that completely traps light of a certain polarization condition incident on the surface of the structure and obtained high optical contrast by breaking the Brewster angle condition from a small amount of water existing at the interface, and succeeded in measuring and evaluating the microscale water film in air.

Free Research Field

表面界面制御

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

マクロ－メゾスケールにおいては高速度カメラ撮影手法を中心に、メゾ－ミクロスケールにおいては一般の光学顕微手法を中心に、分子スケールにおいては分子動力学シミュレーションにより水のダイナミクスのモデル化が進んできた中、ミクロ－分子スケール観察技術の不在は実現象の理解におけるボトルネックとなっている。本研究で開発した可視化手法は大気中においてミクロスケールにおける水の接触線挙動をリアルタイムで観察可能であり、高いエネルギーレベルの界面現象を伴う領域であることから、相変化現象を含め熱流体工学の様々な現象の鍵となる技術として期待できる。