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微小液滴射出・操作技術を用いたナノレオロジー計測工学の創生

研究課題

研究課題/領域番号 19360039
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 応用物理学一般
研究機関東京大学

研究代表者

酒井 啓司  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (00215584)

研究分担者 美谷 周二朗  東京大学, 生産技術研究所, 助教 (10334369)
連携研究者 美谷 周二朗  東京大学, 生産技術研究所, 助教 (10334369)
平野 太一  東京大学, 生産技術研究所, 技術職員 (00401282)
研究期間 (年度) 2007 – 2009
研究課題ステータス 完了 (2009年度)
配分額 *注記
18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
2009年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2008年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2007年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
キーワード微小液滴 / ナノレオロジー / インクジェット / マイクロ化学反応 / 疑似細胞 / レオロジー / 界面吸着現象 / 衝撃波吐出 / ストロボ顕微撮影 / 粘弾性測定 / 動的表面張力 / 動的表面張
研究概要

液晶やゲル、ミセルや分子膜など分子集合体が形成する生体系などの複雑流体は、自己組織化的に高度に秩序化された内部構造を形成する。これらの物質群はソフトマテリアルとも呼称されるように、温度や電場・磁場などの外的刺激に応じて容易にその構造を変化させ、さまざまな機能を発現する。近年、これらの性質を新しいミクロデバイス材料へと応用しようとする試みが盛んに進められている。本研究の目的は、我々がこれまでに培ってきた微小液滴の吐出・衝突・融合化技術ならびにその変形・回転運動の高時間分解能観察手法を用いて、μmサイズの流体のレオロジー物性を研究する「超高速変形ナノレオロジー計測工学」を創生し、その基本要素技術を産業界における汎用の計測ツールとして供与することを目的とする。
研究では連続的に印加された圧力により射出された液柱に対し、超音波域の圧力変動による微細な動径ゆらぎを自励的に発展させて、毎秒100,000個以上の速度でピコリットル液滴を生成する技術を開発した。この分裂現象の観察から、非常に大きな速度歪における粘弾性緩和や表面張力の時間依存性を測定することができる。またこの技術は、液滴の融合による高次構造を有するマイクロカプセル生成などにとって非常に有効な技術である。さらに射出ノズルの機械共振を利用して、フェムトリットル液滴の射出に成功した。これはサブμmの精度でのパターン形成を行う技術に応用することが可能である。
さらに開発された高速液滴生成システムにより作製されたピコリットル液滴について、空間に局所電場を印加することによりマックスウエル応力を及ぼして液滴の飛行経路を高精度で制御する技術を開発した。これにより毎秒あたり数10万個で高速生成されるピコリットル液滴の複雑な空中配送経路が実現でき、ハイブリッド構造を持つ微小ソフト材料の生成に大きく寄与する。またこれはサブμmの精度でのパターン形成を行う技術に応用することが可能である。さらに同様の原理を用いて液滴を加速・減速あるいは保持する技術も実用化した。物性計測としては、液滴生成の動的過程を解析することにより、高時間分解能で粘性と表面張力を計測するシステムを構築した。

報告書

(4件)
  • 2009 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2008 実績報告書
  • 2007 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2011 2010 2009 2008 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (6件) 備考 (3件) 産業財産権 (4件)

  • [雑誌論文] On-demand trajectory control of continuously generated airborne microdroplets2011

    • 著者名/発表者名
      T.Ishiwata, K.Sakai
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Lett. Vol.98

      ページ: 1941091-3

    • 関連する報告書
      2009 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Liquid Jet Breakup by High Frequency Pressure Modulation2010

    • 著者名/発表者名
      A.Takeuchi, T.Yamada, K.Sakai
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. Vol.49

    • NAID

      210000068844

    • 関連する報告書
      2009 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Accurate determination of volume and evaporation rate of micron-size liquid particle2010

    • 著者名/発表者名
      T.Yamada, N.Sasagawa, K.Sakai
    • 雑誌名

      J.Appl.Phys. Vol.108

      ページ: 0635231-4

    • 関連する報告書
      2009 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Liquid Jet Breakup by High Frequency Pressure Modulation2010

    • 著者名/発表者名
      A.Takeuchi, T.Yamada, K.Sakai
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys.

      巻: 49

    • NAID

      210000068844

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hyper rheology measurement by emission and collision of micro-fluid particles2008

    • 著者名/発表者名
      H.Kutsuna, K.Sakai
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Express vol.1

      ページ: 0270021-3

    • NAID

      10025079279

    • 関連する報告書
      2009 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Measurement of rheological properties under high shear rate induced by collision of micro-droplets2008

    • 著者名/発表者名
      T.Hirano, H.Kutsuna, K.Sakai
    • 雑誌名

      AIP Conf.Proc. vol.1027

      ページ: 1123-1125

    • 関連する報告書
      2009 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal phonon resonance in nitrogen gas observed by Brillouin scattering2008

    • 著者名/発表者名
      Y.Minami, T.Yogi, K.Sakai
    • 雑誌名

      Phys.Rev.A 78

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental determination of the shear, rotational, and coupling viscosities for 6CB2008

    • 著者名/発表者名
      T. Hirano, K. Sakai
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E 77

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 振動励振法による基板上液滴の物性観察2011

    • 著者名/発表者名
      山田辰也,酒井啓司
    • 学会等名
      第58回応用物理学関係連合講演会講演予稿集(p 18-013)
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      2011-03-24
    • 関連する報告書
      2009 研究成果報告書
  • [学会発表] 液体ジェット観察による表面張力・粘性測定2011

    • 著者名/発表者名
      石綿友樹,酒井啓司
    • 学会等名
      第58回応用物理学関係連合講演会講演予稿集(p 18-019)
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      2011-03-24
    • 関連する報告書
      2009 研究成果報告書
  • [学会発表] 次世代インクジェット技術-原理・現状・将来性-2011

    • 著者名/発表者名
      酒井啓司
    • 学会等名
      第26回塗料・塗装研究発表会
    • 発表場所
      新宿(招待講演)
    • 年月日
      2011-03-11
    • 関連する報告書
      2009 研究成果報告書
  • [学会発表] インクジェット技術の新展開2011

    • 著者名/発表者名
      酒井啓司
    • 学会等名
      塗料・塗装研究会
    • 発表場所
      工学院大学
    • 年月日
      2011-03-11
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 高周波圧力変動による液体ジェットの自励発振分裂の観察2009

    • 著者名/発表者名
      竹内淳、酒井啓司
    • 学会等名
      音波と物性討論会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2009-10-22
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 微小液滴射出時の分子配向観察2008

    • 著者名/発表者名
      平野太一, 酒井啓司
    • 学会等名
      第52回音波と物性討論会
    • 発表場所
      同志社大学東京オフィス
    • 年月日
      2008-10-30
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://sakailab.iis.u-tokyo.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://sakailab.iis.u-tokyo.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://sakailab.iis.u-tokyo.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [産業財産権] 飛翔物体の飛翔方向の制御方法2010

    • 発明者名
      酒井啓司、石綿友樹
    • 権利者名
      東京大学
    • 産業財産権番号
      2010-038881
    • 出願年月日
      2010-02-24
    • 関連する報告書
      2009 研究成果報告書
  • [産業財産権] 飛翔物体の飛翔方向の制御方法及び制御装置2010

    • 発明者名
      酒井啓司
    • 権利者名
      東京大学
    • 産業財産権番号
      2010-038881
    • 出願年月日
      2010-02-24
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [産業財産権] 物性の測定方法及び物性の測定装置2009

    • 発明者名
      美谷周二朗、酒井啓司
    • 権利者名
      生産技術奨励会
    • 産業財産権番号
      2009-096874
    • 出願年月日
      2009-04-13
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [産業財産権] 粘性弾性測定装置及びその製造方法2008

    • 発明者名
      酒井啓司
    • 権利者名
      東京大学
    • 産業財産権番号
      2008-116359
    • 出願年月日
      2008-09-28
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2007-04-01   更新日: 2016-04-21  

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