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マイクロ液液多相流の流体力学的解析及び応用

Research Project

Project/Area Number 04J11517
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Microdevices/Nanodevices
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

青田 新  東京大学, 大学院工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2004 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2006: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsマイクロチップ / 溶媒抽出 / 界面化学 / マイクロ流体工学 / 混相流 / 分析化学 / 応用化学 / 液液界面
Research Abstract

本研究では、通常の実験サイズでは実現できない安定連続流マイクロ平行油水向流を実現し、それを利用した高回収率マイクロ向流抽出を実現した。また、マイクロ油水向流中では、液液界面近傍でカオス的渦流等の特異流れを観測した。そこでマイクロ油水向流中液液界面では、速度の不一致や勇断応力の不連続などが生じ、通常の境界条件と異なると着想した。そこで、マイクロ油水向流中液液界面の流動メカニズムの解明とマイクロ油水向流の新規応用を目的とした。
マイクロ油水向流の流動メカニズムの解明のため、マイクロ油水向流形成を支配する力学的な力を検討した。マイクロ油水向流中の液液界面には、粘性流由来の二相の圧力差と界面張力由来のラプラス圧が生じる。この二つの圧力が釣り合うときマイクロ油水向流が形成可能であるというモデルを考案し、検証したところ、実験結果とモデルは良い一致を得た。この結果から、マイクロ油水向流中の支配的力は二相の圧力差とラプラス圧であることを見出した。
マイクロ向流中の特異流れは液液界面形状と深く関係していると着想し、液液界面形状を測定した。前述のとおり、マイクロ向流中の支配因子が液液界面における圧力であることに着目し、測定した液液界面形状から圧力を検討した。測定した結果、マイクロ向流は低レイノルズ数(<1)であるにも関わらず、層流を仮定した液液界面形状と異なる形状になる条件があることを見出した。液液界面形状から圧力分布を考察すると、液液界面ですべりが生じる可能性があることがわかった。液液界面のすべりを示唆する実験結果は本研究が初めてである。さらに、考察した圧力分布から、マイクロ向流中ではらせん流れを形成することを見出した。これは以前に流線可視化実験で得た結果と一致しており、マイクロ向流中の特異流れという物理現象が液液界面形状と関係していることを見出した。

Report

(3 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2007 2006

All Journal Article (4 results)

  • [Journal Article] Pressure Balance at the Liquid-Liquid Interface of Micro Countercurrent Flows in Microchips2007

    • Author(s)
      Arata Aota
    • Journal Title

      Analytical Chemistry 79・10

      Pages: 3919-3924

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Flow Velocity Profile of Micro Counter-Current Flows2007

    • Author(s)
      Arata Aota
    • Journal Title

      Analytical Sciences 23・2

      Pages: 131-133

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Countercurrent Laminar Microflow for Highly Efficient Solvent Extraction2007

    • Author(s)
      Arata Aota
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition 46・6

      Pages: 878-880

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Pressure Balance at Liquid-Liquid Interface of Micro Counter-Current Flow for Phase Separation2006

    • Author(s)
      Arata Aota
    • Journal Title

      Proceedings of Micro Total Analysis Systems 2006

      Pages: 107-109

    • Related Report
      2006 Annual Research Report

URL: 

Published: 2004-04-01   Modified: 2024-03-26  

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