| 研究課題/領域番号 |
19K23491
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
喜多 由拓 九州大学, 工学研究院, 助教 (40840616)
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| 研究期間 (年度) |
2019-08-30 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 液滴 / マランゴニ対流 / 流れ可視化 / 蒸発 / 赤外線サーモグラフィ / 接触角 / マイクロ流体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
デジタル流体デバイス技術に向けて，マイクロヒータを用いた局所加熱による液滴内部対流の制御に必要な熱流動現象の学術的基盤を築くことを目指す．赤外線サーモグラフィおよび粒子画像流速測定により，温度場・速度場情報を同時取得することで，与えられた加熱量・温度が液滴内部対流の流速や温度上昇に及ぼす影響を明らかにする．また，液滴形状（接触角や体積）が熱対流の安定性に及ぼす影響を調査する．最終的には加熱条件・液滴形状等のパラメータから計算される無次元数（レイリー数やマランゴニ数）で，対流強度や熱伝達特性を整理し，熱流動特性の支配パラメータを特定する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，局所加熱された微小液滴の内部熱流動現象に着目し，特に液滴の形状（体積・接触角）が内部流動の安定性におよぼす影響を調査した．液体は水を使用し，基板をレーザによって加熱することで液滴内に任意の温度分布を形成することで，表面張力を駆動力とするマランゴニ対流を発生させた．基板に表面改質コーティングを施すことで接触角を70～150度まで変更させて実験を行った．赤外線サーモグラフィによる熱流動可視化により，接触角が不安定対流に及ぼす影響を明らかにした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
医療分析や創薬研究への応用が期待される次世代マイクロ流体デバイスにおいて，液滴をマイクロリアクタとして利用しようという流れがある．その中で液滴は試料混合・反応・検出という機能を果たすが，そのために液滴内部の熱流動現象を理解し，制御するための技術を確立させる必要がある．本研究は，局所加熱による液滴内部対流の発生および制御を行うという，アクティブ液滴制御の先駆け的な取り組みである．本研究ではレーザを用いて液滴を加熱したが，実用面ではマイクロ流体チップに搭載が容易なマイクロヒータでも同様の効果が得られる．まだ液滴のアクティブ制御はまだ黎明期であるため，本研究がこの分野にもたらす貢献度は非常に大きい．
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