| 研究課題/領域番号 |
20KK0085
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分19:流体工学、熱工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
上野 一郎 東京理科大学, 創域理工学部機械航空宇宙工学科, 教授 (40318209)
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| 研究分担者 |
黒瀬 築 東京理科大学, 創域理工学部機械航空宇宙工学科, 助教 (30868740)
塚原 隆裕 東京理科大学, 創域理工学部機械航空宇宙工学科, 教授 (60516186)
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| 研究期間 (年度) |
2020-10-27 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)
2023年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2022年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2021年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 界面熱流体力学 / メニスカス / 表面張力 / 動的濡れ / メニスカス・クリーニング / 洗浄 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
『動的な濡れ』力学を駆使し，系外からの新たなエネルギー注入を必要としない超高効率微細物除去機構，すなわち本研究で提案する『メニスカス・クリーニング』機構の解明と，汚染源となるバイオ粒子等の高効率除去技術への応用を目的とする．本研究では，(I)モデル実験（日本），バイオ実験（フランス），(II)理論（フランス），(III)数値解析（日本・フランス）により，マクロからミクロスケールにわたって多重スケールで展開する『動的な濡れ』力学に焦点を当て，液滴前縁部との相互作用による基板上微小構造物の除去機構の解明を目指す．
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| 研究成果の概要 |
特に円柱・球・楕円柱を対象として，実験および数値解析により予備的な解析を行った．円柱および球においては，数値解析により微小構造物に作用する力場の定量化に成功し，メニスカス・クリーニング機構における形状の影響について，基本となる指針を示した．楕円柱については，迎角によってメニスカス形状が異なることを実験・数値解析により実証し，楕円柱近傍の圧力場変化に関する予備解析を行った．共同研究者らと遠隔での研究打合せを定期的に実施し，英文学術論文執筆に向けてもオンラインでの共同執筆環境を用いて分担作業をスムースに実現した．一方で，covid19禍により，現地滞在での共同実験の実施に至らなかった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
微小構造物を有する基板上を濡れ拡がる液滴の挙動に関する研究は，特に洗浄機構への応用を目指して行われている．マイクロ流体力学の領域では，微小チップの作成により利用液体の少量化は出来るが，微小領域内で大きな流動抵抗に抗して液体を搬送する必要がある．そのため，多大なエネルギーを用いたポンプ駆動や，化学的・光学的処理を施し，任意の形状・間隔を持った親水性パターンを形成する必要があり，対象とする液体の必要量は微小ながらも，システムとして稼働するためのエネルギー消費・排出が甚大となっている．本研究成果により，メニスカス形成時の微小構造物に作用する力場の定量化を，形状・姿勢・濡れ性の影響を考慮して実現した．
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