| 研究概要 |
1.高分子溶液滴内部の流動可視化とメカニズムの解明
シリコン基板上で蒸発する微小高分子溶液滴の内部流動の可視化をおこなった.基板表面には単分子膜が化学気相吸着させてある.高分子溶液滴には溶質にポリスチレンを,また溶媒にキシレンまたはアセトフェノンを用いた.流動可視化のためにナイロンパウダーを懸濁して,レーザーシート光を液滴鉛直断面に照射した.その結果,液滴中心部で上昇流を呈するわき出し流れが観察された.液滴の蒸発速度が大きいほど,流動は速くなった.わき出し流れは,液滴内部で生じる溶質濃度依存の密度差対流および表面張力対流によるものであることを明らかにした.また,初期溶質濃度の増加に伴い液滴粘度が増加するため流動が抑制されると予想されたが,逆に流動は速くなった.このことは,初期溶質濃度の増加により溶質濃度依存のレイリー数が増加するためであることがわかった.アセトフェノン溶液を用いた実験においては,一部流動が逆向きになることが観察された.この場合,蒸発中に液滴の接触角の減少が顕著であった.したがって,蒸発過程も液滴の内部流動に影響を及ぼすことが明かとなった.
2.数値解析による検討
表面張力ならびに密度差を考慮した数値解析コードを構築し,それぞれの影響を検討した.その結果,密度差対流は可視化実験と定性的に一致することが確認できた.表面張力は体積力として考慮したものの,液滴の接触角が変化しない場合には不向きであることがわかった.
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