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疑似単極溶媒における荷電微粒子流の確率挙動とLangevin Dynamics

研究課題

研究課題/領域番号 18J10338
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 流体工学
研究機関大阪大学

研究代表者

名倉 諒  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード光圧 / Brown運動 / ナノ粒子 / 吸光
研究実績の概要

ナノ流路内の特定の領域に対象物質を拘束する手法の一つとして知られるEntropic trapは,一方向の流動を加えることでBrown運動と外力の拮抗による確率的流動を引き起こす.本研究では,ナノ流路における新奇な分子操作技術の確立を目指し,光圧を用いた電気的拘束,Brown運動,イオン誘起流れによるナノ粒子の確率的挙動を解析する.流動するナノ粒子が光圧によって弱く拘束されるとき,粒子はBrown運動によって確率的に拘束から離脱し,下流へと輸送される.この現象は拍動的な粒子輸送手法として期待される.
外力として光圧を加えたLangevin方程式を支配方程式とし,様々なレーザー出力に対して拘束から離脱する粒子数の確率密度を算出することにより,ナノ粒子の離脱の主要因を特定した.すなわち,光圧が流体抵抗よりわずかに弱い場合にはナノ粒子は流動によって押し流され,わずかに強い場合にはBrown運動によって確率的に離脱していることが明らかとなった.
また,入力する光圧場として軌道角運動量を有する光渦の理論モデルに基づきナノ粒子の運動を解析したところ,光硬化性樹脂にUV光の光渦を照射した場合に見られるらせんファイバーの形成メカニズムの解明に貢献する成果を得た(R. Nagura et al., OSA Continuum, 2(2019), pp. 400-415).光硬化の初期過程において,モノマー分散液に光が吸収され,核となるナノ粒子が生成されるとする仮説を立て,光圧の影響によりナノ粒子が描くらせん軌道からファイバーのらせん構造を考察した.その結果,ナノ粒子の直径および光硬化性樹脂の吸光係数をパラメータとしてナノ粒子の描くらせん軌道を算出することにより,吸光によって直径10 nmオーダーのナノ粒子が生成されたとすれば,先行研究の実験で得られたらせん構造の周期を再現できることが示された.

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Coarse-Grained Particle Dynamics along Helical Orbit by an Optical Vortex Irradiated in Photocurable Resins2019

    • 著者名/発表者名
      R. Nagura, T. Tsujimura, T. Tsuji, K. Doi, and S. Kawano
    • 雑誌名

      OSA Continuum

      巻: 2 号: 2 ページ: 400-415

    • DOI

      10.1364/osac.2.000400

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 光圧によるナノ粒子捕捉と偶発流動現象2018

    • 著者名/発表者名
      名倉諒,辻徹郎,土井謙太郎,川野聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会 2018年度年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Study on Dynamical Behavior of Nanoparticles in Optical Vortex2018

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nagura, Tempei Tsujimura, Satoyuki Kawano
    • 学会等名
      The 5th Optical Manipulation and Structured Materials Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Computational study of nanoparticle trapping and releasing in optical force fields near channel wall with thermal fluctuations2018

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nagura, Fumika Nito, Tetsuro Tsuji, Kentaro Doi, Satoyuki Kawano
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed Matter and Nano Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical Study on Nanostructure Formation by Angular Momentum Projection of Optical Vortex2018

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nagura, Tempei Tsujimura, Tetsuro Tsuji, Kentaro Doi, Satoyuki Kawano
    • 学会等名
      The 15th International Conference on Flow Dynamics 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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