2013 Fiscal Year Annual Research Report
局所物性分布の複合的利用による新規熱物質輸送手法の提案
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25709013
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
元祐 昌廣 東京理科大学, 工学部, 講師 (80434033)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 物性制御 / マイクロナノ伝熱 / マイクロデバイス |
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| Research Abstract |
初年度は基本的な実験装置の開発，及び計測装置の高度化を重点的に実施し，熱流動場の3次元計測を通じて各種現象のモデリングを行った．
(1) 任意パターン光照射装置，及び3次元熱流動場計測用装置の開発
微小空間内に任意形状の光パターンを照射して，対応した温度分布を形成するため，フォトマスクによるパターン光をデバイスに集光照射できるような顕微光照射システムを開発した．それを現有の温度・速度場計測用マイクロPIV/LIFシステムに開発した側方観察光学系を組み込み，3次元計測用に発展させ，同一装置で水平・垂直方向の3次元現象の計測が可能な系を構築した．デバイスには，透明導電膜ITOをパターニングした電極基板とPDMS流路でデバイス作成することで，光照射と電場印加を同時に可能とした．また，下方観察による微粒子画像からデフォーカス度より流路内の微粒子の3次元位置を再構成する3次元計測に関して，予備的実験を行い，その有効性を明らかにした．
(2) 光・電場による熱流動場の3次元計測及び定量化
櫛歯型ITO電極に交流電場を印加し，そこへスポット状，ライン状の加熱光パターンを照射したときに誘起される流動を可視化し，電気・光熱変化の複合利用による流動の存在を確認した．また，光照射のON/OFFや強度の時間変化など，過渡状態について，液中の熱拡散時間を基準として熱流動場の時間応答を調べた．照射光のパターンを多点スポットや縞状などに変化させ，併せて電界強度や印加周波数も変化させて熱流動場を計測し，物理現象の基礎モデリングの基礎データを取得した．
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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
当初の研究計画をほぼ予定通り遂行できている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，昨年度に開発した実験・計測装置をさらに高度化させるととともに，多彩な物性分布制御の可能性について検証を行う．
(1) 実験・計測装置の高度化：櫛歯型ITO電極デバイスに交流電場を印加し，スポット状，ライン状の加熱光パターンを同時に照射したとき温度分布を精密に計測し，その際に液体中に発生する物性の分布および誘起される流動場を，計測結果を元にシミュレーションによって求め，電極形状や加熱光パターンを変化させた場合の影響を求める．温度分布を動的に制御した場合，例えば，位相が一定方向に進む進行波電界及び進行波温度分布を与えた場合の現象を実験的に明らかにする．
(2) 界面操作による液滴制御：液滴流を対象とした場合には，温度分布に起因した界面張力勾配によるマランゴニ対流が発生し，様々な温度場に対応した液滴の操作につながるため，この挙動を予測するために液滴への駆動力を導出し，温度場に応じた駆動力分布を求める．そして，実際に直径10-100μm程度の液滴をマイクロ流路内へと流し，液滴の起動を求め，リモート界面操作手法としての可能性を検証する．
(3) 刺激応答性物質を用いた能動的熱流動制御：カチオン性界面活性剤と対イオンを混入したppmオーダーの希薄高分子水溶液において，局所加熱によるミセル構造変化に伴う粘性変化が引き起こす熱流動場を詳細に計測し，現象を解明し，制御条件をまとめる．また，加熱に依らず光に由来した構造変化で粘性が変化する光粘性流体についても同様の実験を行い，現象の差異から熱拡散の影響を評価する．また，微視的構造変化による体積相転移に伴って親水・疎水性が変化する高分子を流路壁面に塗布し，局所加熱による壁面性状変化が及ぼす影響を評価する．また，パターン塗布し，温度変化を与えた場合についても実験を行い，濡れ性変化と現象の関係をまとめる．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
現有のレーザー機器の利用を想定していたが，故障により修理を要し，そのために一部光学機器の導入に遅れが生じたため
レーザー光パターンを照射するための空間光変調器を導入予定
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Research Products
(16 results)
