| 研究課題/領域番号 |
20K05189
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27010:移動現象および単位操作関連
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| 研究機関 | 産業医科大学 |
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研究代表者 |
東 秀憲 産業医科大学, 産業生態科学研究所, 教授 (40294889)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 帯電液滴 / 静電噴霧 / 蒸発 / イオン / ナノ粒子 / 荷電 / 分子動力学 / ナノ液滴 / 帯電 / 蒸発速度 / 理論 / シミュレーション / 液滴 / 速度 / Molecular dynamics / Nanodroplet / Charge / Ion / Evaporation |
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| 研究開始時の研究の概要 |
帯電液滴の蒸発は、その現象が迅速かつ複雑なことから、蒸発過程をトレースする実験は非常に困難であり、理論計算では帯電液滴の蒸発現象等を厳密には再現できていない。本研究では、帯電液滴の液滴径変化より蒸発速度の見積もりと理論計算による蒸発速度の推定に加え、分子シミュレーションによる液滴の蒸発ダイナミクスの解析を行い、実験・理論・分子シミュレーションの三位一体のアプローチにより、帯電液滴の蒸発・分裂過程のダイナミクスとそれに伴い発生するイオンやナノ粒子の生成過程、生成イオンの動態解析を行う。
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| 研究成果の概要 |
本提案では、静電噴霧法を利用した各種装置の最適設計および操作条件の最適化の指針を得ることと帯電液滴蒸発過程の学理の深化を目的とし、①実験・②理論・③分子シミュレーションの３つの方法により得られる知見を相互に活用し、現象の解明に取り組んだ。各方法から得られる情報により、生成する多価帯電液滴の蒸発・分裂過程とそれに伴い発生するイオンやナノ粒子の生成過程や発生したイオンの形態ならびに動的挙動（電気移動度等）について解析した。理論計算やシミュレーションから微小時間の液滴の挙動を、実験から液滴変形の影響等を考慮することで、分子と粒子をつなぐユニバーサル理論の構築を試みた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
静電噴霧法は、質量分析器におけるイオン化装置やインクジェットプリンタ、あるいは農薬散布等に応用されている。静電噴霧法により生成した多価帯電液滴は、蒸発、Rayleigh分裂、イオン放出等の過程を経て、単一分子イオンやナノ粒子を生成する。本研究により生成する多価帯電液滴の蒸発・分裂過程のダイナミクスとそれに伴い発生するイオンやナノ粒子の生成過程、生成イオンの動態解析、つまり、より実際の現象に則した解析が可能となり、多価帯電液滴の効率的な搬送および生成イオンとナノ粒子からの機能発現の制御および帯電液滴の蒸発・分裂過程の定量的な理論的考察が可能となり、装置および操作条件の最適化につながる。
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