2023 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the coalescence mechanism of nanobubbles and development of novel nano-reaction fields
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21H01815
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
庭野 道夫 東北大学, 歯学研究科, 学術研究員 (20134075)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
但木 大介 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (30794226)
金高 弘恭 東北大学, 歯学研究科, 教授 (50292222)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ナノバブル / バブル合体 / ナノ反応場 / 界面反応 / 界面構造 / 赤外分光法 / 電子スピン共鳴法 / 核磁気共鳴法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、昨年度に引き続き、ナノバブルの界面構造、ナノバブルの合体機構の解明と、ナノバブル間相互作用（気液界面反応）の研究を遂行した。
・界面構造の解明に関しては、赤外分光計測結果とクラスター計算結果の詳細な比較を行い、NB界面が水分子クラスターの二次元配列構造から成り、それぞれのクラスターの双極子モーメントがNBの内側に向き、外側が疎水性になっていることを明らかにした。この界面構造によりNBの諸特性を統一的に説明できた。また、クラスター間の双極子ー双極子相互作用が界面張力の起源であることを示した。これらの成果はコロイド界面の国際的学術誌に公表した。
・合体機構に関しては、粒径の同じナノバブルの合体が選択的に起きるという実験結果を説明しうる物理モデルを提唱した。このモデルは、合体確率がNBの粒径に依存し、ブラウン運動するNBの運動エネルギーがある閾値を超えると合体に至ることを仮定したものである。モデルに基づいた数値計算により、粒径が同じナノバブル同士が合体し易いこと説明できるだけでなく、100nm程度のNBの寿命が長くなるという実験結果も説明できた。それら成果はコロイド関係の国際的学術誌に公表した。
・NBの気液界面反応に関しては、炭酸水を超音波照射することにより生成した二酸化炭素ガスを内包したNBの界面反応を集中的に調べた。その結果、二酸化炭素内包NBの界面では水酸基ラジカルが形成されることを電子スピン共鳴法により明らかにした。特筆すべき成果は、NB界面で継続的にラジカルが生成されることを明らかにした点であり、NBの顕著な除菌効果も併せて明らかにした。それらの成果はソノケミストリー分野の国際的学術誌に公表した。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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