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光励起による界面物性勾配を利用したマイクロ液滴制御技術の開発

Research Project

Project/Area Number 19656052
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

本阿弥 真治 (本阿弥 眞治)  Tokyo University of Science, 工学部, 教授 (30089312)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 元祐 昌廣  東京理科大学, 工学部, 助教 (80434033)
Project Period (FY) 2007 – 2008
Project Status Completed (Fiscal Year 2008)
Budget Amount *help
¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Fiscal Year 2008: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2007: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Keywordsマイクロ流体 / 界面制御 / 実験流体力学 / フォトサーマル効果 / マイクロバブル / マランゴニ対流
Research Abstract

本年度は,昨年度に構築したマイクロスケール物性分布誘起用レーザ光学システムをマイクロチャネル内の気液界面に適用し,局所加熱による表面張力勾配に起因したマランゴニ対流を利用した界面制御技術の検証を,定量化を中心として行った.以下に本年度得られた研究成果を示す.
・マイクロチャネル壁面に付着した微小気泡近傍の液体に加熱レーザを照射して壁面から引き離す挙動について,高速度カメラを用いて界面形状の変化及び移動速度の詳細を計測し,定量化を行った.その結果,気泡離脱挙動が5段階に分類でき,界面移動速度から求めた駆動力が数百nN程度と非常に強いことを示した.
・液中に浮遊した状態でレーザ光強度を変化させると,流路内における気泡の滞留位置が変化する ことを,微小プリズムを用いた側方観察システムによって確認した.これには,気泡には上下界面で発生するマランゴニ対流による駆動力と浮力が作用する結果であり,気泡径が大きい程,レーザ光強度が強い程,流路滞留位置は下方に移動することを実験的に明らかにした.
・レーザ走査による流路内気泡輸送特性の定量化を行った.流体の粘性率,走査速度,気泡サイズを変化させた一連の実験結果は,気泡両端の表面張力勾配と,流体粘性と走査速度の比で一般化されることを明らかにした.実験的に求めた壁面係数を用いることで輸送特性を評価できることを示した.
・平板上液滴に対してレーザ光を照射すると,表面張力と濡れ性の温度勾配に併せて,光の放射圧の影響が存在することを実験的に明らかにし,界面制御の新たな可能性を示した.

Report

(2 results)
  • 2008 Annual Research Report
  • 2007 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2009 2008 2007

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (6 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Temperature Measurement of Microfluids with High Temporal Resolution by Laser Induced Fluorescence2009

    • Author(s)
      M. Motosuke, et al.
    • Journal Title

      Journal of Mechanical Science and Technology (in press)

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 光を用いた微小気泡操作技術の可能性2009

    • Author(s)
      元祐昌廣, 他
    • Journal Title

      機能材料 29(5)

      Pages: 56-63

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Journal Article] Local Microflow Control Using Photothermal Viscosity Distribution2008

    • Author(s)
      J. Shimakawa, et al.
    • Journal Title

      Proc. 6th International Conference on Nanochannels, Microchannels and Minichannels 2008

      Pages: 8-8

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Time-resolved and Micro-scale Measurement of Thermal Property for Intermolecular Dynamics Using an Infrared Laser2008

    • Author(s)
      M. Motosuke, et. al.
    • Journal Title

      Journal of Thermal Science and Technology, JSME Vol.3, No.1

      Pages: 124-132

    • NAID

      130000099182

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Microflow Behavior of Liquid in the Presence of Laser-Induced Temperature Gradient2008

    • Author(s)
      M. Motosuke, et. al.
    • Journal Title

      Proc. 5th Int. Conf. Nanochannels, Microchannels and Minichannels 128巻2号

      Pages: 53-58

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Noncontact and Selective Manipulation of Microbubble2008

    • Author(s)
      M. Motosuke
    • Organizer
      2nd TUS International Collaboration Workshop
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2008-12-10
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Optical manipulation technique for bubble in microfiuidic device by local gradient in interfacial property2008

    • Author(s)
      M. Motosuke, et al.
    • Organizer
      4th International Marangoni Association Conference (IMA4)
    • Place of Presentation
      千葉
    • Year and Date
      2008-10-21
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Temperature Measurement of Microfluids with High Temporal Resolution by Laser Induced Fluorescence2008

    • Author(s)
      D. Akutsu, et al.
    • Organizer
      7th JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference (TFEC)
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2008-10-13
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザ誘起蛍光法を用いた高い時間分解能を有するマイクロ流体温度場計測2008

    • Author(s)
      阿久津大, 他
    • Organizer
      日本機械学会2008年度年次大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      2008-08-05
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザー誘起界面張力勾配を利用した単一微小気泡の操作2008

    • Author(s)
      竹内洋之, 他
    • Organizer
      第45回日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      つくば
    • Year and Date
      2008-05-21
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザを用いた流体局所加熱によるマイクロチャンネル内流動制御2007

    • Author(s)
      嶋川純, 他
    • Organizer
      日本機械学会2007年度年次大会
    • Place of Presentation
      関西大学
    • Year and Date
      2007-09-11
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 気泡又は液滴の非接触処理方法及び非接触処理装置2008

    • Inventor(s)
      元祐昌廣, 本阿弥眞治
    • Industrial Property Rights Holder
      東京理科大学
    • Industrial Property Number
      2008-132577
    • Filing Date
      2008-05-20
    • Related Report
      2008 Annual Research Report

URL: 

Published: 2007-04-01   Modified: 2016-04-21  

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