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2012 Fiscal Year Annual Research Report

共鳴界面張力波測定法の開発とナノ流体界面の測定

Research Project

Project/Area Number 24350038
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

火原 彰秀  東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (30312995)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords液体表面 / マイクロ流体 / ナノ流体 / 光散乱 / 共鳴現象 / スペクトル解析 / 畳み込み
Research Abstract

微小な液体の表面張力、あるいは油水界面張力を計測するため、界面張力波共鳴現象を利用した準弾性レーザー散乱(QELS)法により、微小液体表面・界面の張力を得る手法の確立を目指す。共鳴QELSスペクトルでは、光学配置に依存しない特徴的なピークが現れ、このピークから表面張力を得ることができる。本研究では、この空間的な共鳴を利用したQELS法の表面張力測定法へ応用する装置的研究と、ナノサイズ界面への適用可能性を明らかにする研究を進める。
本年度は、まず共鳴QELS法で用いる単一光束配置によるスペクトル解析法の確立に取り組んだ。従来の単一光束QELS法の理論では、中心周波数を求める式は示されているものの、スペクトル予想には限界があった。計測系は、界面での有限なビーム径と有限な測定器開口の組合せというフラウンホーファー回折に近い光学系であるが、それぞれの角度で異なるドップラーシフトを受ける点に特徴がある。検出器も有限の大きさをもつため、周波数スペクトルを散乱角と検出器面の二重に積分しスペクトル形状を予測する手法を検討した。その結果、試料液面でのビーム径や液面から検出器までの距離により、スペクトル形状が変化する現象が再現でき、実験結果とよい一致を見せた。ピーク位置の空間サイズ依存、界面張力依存から界面張力測定法としての精度・確度について検討中である。
また、円形や四角開口の液面からの二次元共鳴の観測に成功した。共鳴モードなどの詳細は検討中であるが、アレイ型張力測定への展開が期待できる結果を得た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成24年度は、当初の予定通りスペクトル形状に関する基礎研究を進め、成果を挙げた。精度や感度の定量的な議論という課題は残ったが、十分な進展といえる。また、平成25年度に予定していた二次元共鳴波の観測に成功した。平成25年度の研究を順調に進める手がかりを既に得ていることから、十分な進展が望める。

Strategy for Future Research Activity

当初の予定通り、二次元共鳴現象の理論的解析と応用に注力する。また、装置の小型化に向けた基礎検討についても同時に進める。

  • Research Products

    (23 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (16 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Integrated Angle-Resolved Spectroscopy with Novel Optics 'Caldera Mirror'2012

    • Author(s)
      Yuto Kazama, Akihide Hibara
    • Journal Title

      Proceedings of the 16th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2012)

      Pages: 55-57

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Double Droplet as a Sensor for Molecular Transport through Organic Liquid Membrane2012

    • Author(s)
      Mao Fukuyama, Akihide Hibara
    • Journal Title

      Proceedings of the 16th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2012)

      Pages: 1924-1926

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrochemical Analysis of Microdroplet formation2012

    • Author(s)
      Mao Fukuyama, Yumi Yoshida, Jan C.T. Eijkel, Albert van den Berg, Akihide Hibara
    • Journal Title

      Proceedings of the 16th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2012)

      Pages: 359-361

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] マイクロ流路内界面張力波共鳴現象と表面張力測定2012

    • Author(s)
      火原彰秀
    • Journal Title

      レーザー研究

      Volume: 40 Pages: 913-918

  • [Presentation] Characterization of Micro/Nano Liquid Interfaces2013

    • Author(s)
      Akihide Hibara
    • Organizer
      PITTCON 2013
    • Place of Presentation
      Philadelphia, USA(招待講演)
    • Year and Date
      2013-03-19
  • [Presentation] Fundamental Study of Microdroplet Mixing Under Low Reynolds Number Conditions2013

    • Author(s)
      Mao Fukuyama, Akihide Hibara
    • Organizer
      Philadelphia, USA
    • Place of Presentation
      Philadelphia, USA
    • Year and Date
      2013-03-17
  • [Presentation] Liquid/Gas and Liquid/Liquid Interfaces in Micro/Nanofluidic Systems2012

    • Author(s)
      Akihide Hibara
    • Organizer
      Second International Conference on Small Science
    • Place of Presentation
      Orlando, USA(招待講演)
    • Year and Date
      2012-12-17
  • [Presentation] Micro/Nano Liquid Surface Analysis2012

    • Author(s)
      Akihide Hibara
    • Organizer
      EUJO-LIMMS Information Day
    • Place of Presentation
      Lausanne, Switzerland
    • Year and Date
      2012-12-12
  • [Presentation] マイクロ流路内油水界面測定用電気化学デバイス2012

    • Author(s)
      福山真央、吉田裕美、J.C.T. Eijkel, A. van den Berg, 火原彰秀
    • Organizer
      第58回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
    • Place of Presentation
      高尾
    • Year and Date
      2012-11-27
  • [Presentation] マイクロ流路油水二相流におけるイオン移動ボルタンメトリー2012

    • Author(s)
      福山真央、吉田裕美、J.C.T. Eijkel, A. van den Berg, 火原彰秀
    • Organizer
      第28回日本イオン交換研究発表会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2012-10-19
  • [Presentation] Integration of sample pre treatment on a single chip and optical techniques for microscopic detection2012

    • Author(s)
      Akihide Hibara
    • Organizer
      International Conference on Biosensors, Biochips, and Bioelectronics 2012
    • Place of Presentation
      Gwangju, Korea(招待講演)
    • Year and Date
      2012-10-17
  • [Presentation] 光応答性流体によるマイクロ・ナノ流体の光操作法2012

    • Author(s)
      原田万里江・福山真央・佐藤香枝・火原彰秀
    • Organizer
      第2回CSJ化学フェスタ
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2012-10-16
  • [Presentation] 二次元水/空気界面の界面張力波共鳴の計測と解析2012

    • Author(s)
      Myungwha Chung・Christian Pigot・火原彰秀
    • Organizer
      第2回CSJ化学フェスタ
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2012-10-16
  • [Presentation] 単一ビーム準弾性レーザー散乱法のスペクトル形状計算とイオン液体表面解析2012

    • Author(s)
      関康一郎・Pigot Christian・火原彰秀
    • Organizer
      日本分析化学会第61年会
    • Place of Presentation
      金沢大学
    • Year and Date
      2012-09-19
  • [Presentation] 微少試料分析のための二段階マイクロ液滴生成2012

    • Author(s)
      福山真央・火原彰秀
    • Organizer
      日本分析化学会第61年会
    • Place of Presentation
      金沢大学
    • Year and Date
      2012-09-19
  • [Presentation] Ion Detection by Using Microfluidic Double-Droplets2012

    • Author(s)
      Mao Fukuyama, Akihide Hibara
    • Organizer
      RSC-Tokyo International Conference
    • Place of Presentation
      幕張メッセ
    • Year and Date
      2012-09-06
  • [Presentation] Chemistry and Physics of Liquid Interfaces in Microfluidic Devices2012

    • Author(s)
      Akihide Hibara
    • Organizer
      III International Workshop on Analytical Miniaturization and Nanotechnologies (WAM-NANO 2012)
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain(招待講演)
    • Year and Date
      2012-06-11
  • [Presentation] Spectral Analysis of Ionic Liquid Surfaces Contacting with Water Vapor2012

    • Author(s)
      Koichiro Seki, Akihide Hibara
    • Organizer
      III International Workshop on Analytical Miniaturization and Nanotechnologies (WAM-NANO 2012)
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain
    • Year and Date
      2012-06-11
  • [Presentation] Resonance of Capillary Waves in Two-dimensional Air/Water Interface2012

    • Author(s)
      Myungwha Chung, Christian Pigot, Akihide Hibara
    • Organizer
      III International Workshop on Analytical Miniaturization and Nanotechnologies (WAM-NANO 2012)
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain
    • Year and Date
      2012-06-11
  • [Presentation] 二次元マイクロ空間内界面張力波共鳴2012

    • Author(s)
      Myungwha Chung, Christian Pigot,火原彰秀
    • Organizer
      第25回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
    • Place of Presentation
      崇城大学
    • Year and Date
      2012-05-18
  • [Remarks] 東京大学生産技術研究所火原研究室

    • URL

      http://www.hibara.iis.u-tokyo.ac.jp/

  • [Remarks] 東京工業大学大学院理工学研究化学専攻岡田.火原研究室

    • URL

      http://www.chemistry.titech.ac.jp/~okada/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 界面張力の測定法および測定装置2012

    • Inventor(s)
      火原彰秀,クリスチャンピゴー
    • Industrial Property Rights Holder
      東京大学
    • Industrial Property Number
      特願2012-112612
    • Filing Date
      2012-05-16

URL: 

Published: 2014-07-16  

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