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フォトクロミック界面流れによる非接触液滴操作法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17J08117
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 ナノマイクロシステム
研究機関東京理科大学

研究代表者

武藤 真和  東京理科大学, 工学系研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2018年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードフォトクロミズム / 光応答性界面活性剤 / 機能性材料 / 混相流 / 界面流動 / 液滴操作 / 物質輸送 / マイクロ流体
研究実績の概要

平成30年度は,液滴駆動が2種類の駆動因子 (ラプラス圧と濃度差マランゴニ対流) を有しており,その支配因子が液滴サイズにより異なることを実験により示した.また,昨年度の実験で不明瞭だった,異性化分子の混合が液滴駆動の減速に与える影響については,数値計算により立証された.以下に,実験の経緯を記す.
ガラス管内のμL液滴の操作において,液滴前方のガラス管壁面に張られた厚さ数ミクロンの薄膜に内部流動が生じることをPIV計測法により確認した.そこで,液滴を遮光板で隠し,実験開始時に薄膜のみに紫外光を照射する実験を試みた.その結果,固定された遮光板からメニスカスが露出した直後,液滴の駆動速度が急激に上昇した.ここで液滴駆動は,メニスカスの露出以前で等速直線運動を,露出後で減速運動(ラプラス圧に依る運動)をそれぞれ示した.そこで,等速直線運動時の駆動メカニズムを解明するため,接触線近傍に作用する駆動力を記述する式の構築を試みた.結果として,等速直線運動時の液滴駆動速度は異性化分子の濃度勾配と動的接触角の正接の積が一定となる条件が必要なことが判明した.よって,ラプラス圧とは異なるもう1つの駆動因子の存在が示唆され,本研究ではこの駆動因子を(メニスカス側から薄膜側へ移動した異性化分子の濃度勾配により誘起する)濃度差マランゴニ対流であると結論づけた.また,従来の1/5倍の直径を有するガラス管を用いてnL液滴を操作した結果,薄膜の厚さにより駆動方向と速度が変化することから,薄膜内部流(濃度差マランゴニ対流)を駆動源としていることが示唆された.以上より,本操作法が2種類の駆動因子を使い分けることで幅広いサイズの液滴に適応可能な操作法であることを示した.

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Photochemical migration of liquid column in a glass tube2017

    • 著者名/発表者名
      Masakazu Muto, Yuya Ayako, Ken Yamamoto, Makoto Yamamoto, Yukishige Kondo, Masahiro Motosuke
    • 雑誌名

      European Physical Journal-Special Topics

      巻: 226 号: 6 ページ: 1199-1205

    • DOI

      10.1140/epjst/e2016-60217-y

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 光熱効果を用いた非接触液滴ソーティング2018

    • 著者名/発表者名
      武藤 真和, 山本 憲, 山本 誠, 元祐 昌廣
    • 学会等名
      第55回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 光誘起界面流れ2018

    • 著者名/発表者名
      武藤真和
    • 学会等名
      2018 Research Diversity Research
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Development of droplet activation method by photothermal interfacial flow2018

    • 著者名/発表者名
      Masakazu Muto, Ken Yamamoto, Masahiro Motosuke
    • 学会等名
      Water on Materials Surface 2018 (WMS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on an in-tube liquid column driven by photoisomerization using OpenFOAM2018

    • 著者名/発表者名
      Kei Nitta, Masakazu Muto, Ken Yamamoto, Masahiro Motosuke, Takahiro Tsukahara
    • 学会等名
      Water on Materials Surface 2018 (WMS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光熱バルブによる液滴の軌道制御2017

    • 著者名/発表者名
      武藤 真和, 山本 憲, 山本 誠, 元祐 昌廣
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 優秀プレゼンテーション賞【第55回日本伝熱シンポジウム】

    • URL

      https://www.tus.ac.jp/today/archive/20180611001.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 元祐研究室ホームページ

    • URL

      https://www.rs.tus.ac.jp/motlab/jp/index.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 元祐研究室ホームページ

    • URL

      http://www.rs.tus.ac.jp/motlab/jp/html/achievement.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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