2013 Fiscal Year Research-status Report
微小スケールにおける表面張力に関連する効果を利用した液操作に関する数値解析的研究
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25420135
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
山本 恭史 関西大学, システム理工学部, 准教授 (90330175)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 表面張力 / 濡れ性 / マランゴニ効果 / 微小スケール |
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| Research Abstract |
本研究は，微小スケールにおける液操作について，特に表面張力と濡れ性に着目して，有効な液操作方法・条件について，数値解析によって解明することを目的としている．流体に作用する力は，長さスケールが小さくなると，体積力（重力・浮力）・面積力（粘性摩擦応力）に比べて，長さ当たりの力である表面張力の影響が相対的に大きくなる．その状況で，界面活性剤の吸着や温度勾配が生じれば，表面張力の不均質による流動（マランゴニ効果）が，また，温度変化や電気的な影響による固体表面の濡れ性変化が大きな影響を及ぼす．本研究では数値解析により，これら表面張力に関連する各要素の相互作用を検討し，実用的な液操作に関する重要な知見を得る事を目的としている．
今年度はまず，基本的な濡れモデルの改良を行った．その成果は論文として発表した．
次に，物性の温度依存性を考慮した数値解析コードの開発と検証を行った．その結果，以下のことが確認された．(1)温度変化による対流を表現するため，浮力を考慮し計算・比較を行ったところ，ｍｍオーダーの液滴では浮力の影響がほとんど現れなかった．(2)粘度の温度依存性は液移動にほとんど影響はなかったが，密度，比熱及び熱伝導率の温度依存性は，液滴挙動に大きく影響することが分かった．(3)液滴移動距離に差が出る要因として，液滴に作用する表面張力による速度が大きく関係しているということが確認できたが，物性の温度依存により，なぜ表面張力の影響に差が発生するのかは検討中であり，より詳細な検討が必要である．
また，Electrowettingを考慮したプログラムコードも作成した．現状では，電極部における電圧と静的接触角の関係モデルを組み込んで濡れ性変化と液滴移動・分裂の再現を確認出来ている．
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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
温度依存性については，プログラムコード作成に困難は予想されず，予定通り行われた．得られた結果が少し予想外であったので，より詳しい検証が必要となっているが，温度依存性の考慮が重要である証拠になりそうであるので，この検証がきちんと行えれば研究目的を達成したことになる．
Electrowettingについては，まず，簡易なモデルを組み込んだコードを作成し，基本的な現象が再現できることが確認された．電場解析のコーディングについて，現在検討中であり，概ね予定通りである．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画の通り，今後，「微小スケールにおける液操作の具体的な条件下でのシミュレーション」「実験では明白でない因子の検証」を行っていく．上述の温度依存物性の影響が予想より強く表れたことについて，丁寧に調べることも，「具体的シミュレーション」と「明白ではない因子の検証」のひとつととらえられるので，引き続き丁寧に検証していく．
電場解析のコードが未完成であるので，その作成を行う．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
数千円の端数であるので，無理に使用しなかった．
旅費と人件費が予定より使用額が少なかったので，次年度その分として有効に使用する．
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Research Products
(2 results)
