| 研究課題/領域番号 |
20K14647
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
水嶋 祐基 静岡大学, 工学部, 助教 (30844716)
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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 |
交付 (2021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: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | フェムト秒パルスレーザー / マランゴニ対流 / 光ファイバー / 光線追跡 / 濃度差マランゴニ対流 / 光ファイバープローブ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
濃度差マランゴニ対流（CoMC）は半導体結晶の高純度化や熱交換器の伝熱促進等，幅広い分野で応用が進む一方，その流動特性の実験的解明は十分でない．そこで界面活性剤水溶液におけるCoMCをナノレベルで制御，時間分解計測する．まず界面分子濃度プローブ（LMDP）を開発し，静的な条件下にて界面で吸着・脱離を繰り返す活性剤の瞬時濃度とその時間変動を測定する．次に，フェムト秒パルスレーザー（fsパルス）照射により高い再現性でCoMCを誘起し，LMDPの濃淡検出周波数から界面流速とCoMCの初生（＝濃度変調に対する応答時間，時定数）を計測することで，CoMCの素過程を明らかにする．
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| 研究実績の概要 |
濃度差マランゴニ対流（CoMC, Concentration Marangoni Convection）は半導体結晶の高純度化や熱交換器の伝熱促進等，幅広い分野で応用が進む一方，その流動特性の実験的解明は十分でない．そこで界面活性剤水溶液におけるCoMCをナノレベルで制御，時間分解計測する．まず，界面分子濃度プローブ（LMDP,Liquid-surface Molecular Densitometry Probing）を開発し界面で吸着・脱離を繰り返す活性剤の瞬時濃度とその時間変動を測定する．次に，フェムト秒パルスレーザー（fsパルス）の多光子吸収濃度変調（MCM, Multiphoton absorption Concentration Modulation）でCoMCを誘起し，LMDPの濃淡検出周波数から界面流速とCoMCの初生（＝濃度変調に対する応答時間，時定数）を詳細に考察する．
当該年度では、昨年度の結果を受けて界面近傍に生じる光の反射現象を精密に取得可能な光ファイバーセンサの形状を決定し、LMDPを実際に製作する段階に移行した。また、fsパルス照射にてMCMを気液界面中に起こす実験を開始し、照射条件や再現性を調査した。
後述の進捗状況を受け、fsパルスによる界面制御技術に関する基礎実験を行った。fsパルスの照射条件と被照射物との相互作用に関する知見を得る目的として、パルス照射点に生じる微小プラズマとそれに伴う化学反応を調査した。この結果、fsパルスが水分子の結合を解くことでプラズマが起こり、直ちに水素を生成することを明らかにした。これを新たな水素生成技術として論文化・特許化した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当該前年度に苦慮した、透明材の表面にfsパルスを干渉させる方法の構築について、空間光位相変調モジュールを導入することで実験の改善を見込んでいた。
しかし、昨年度以前から続く半導体の供給不足を受け、同モジュールの導入に想定よりも遅れが生じてしまった。このため当該年度中に計画していたMCM技術の構築は未達となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
必要な装置導入は完了しているため、次年度のエフォート調整により計画を遂行する。
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