| 研究課題/領域番号 |
21H01815
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
庭野 道夫 東北大学, 歯学研究科, 学術研究員 (20134075)
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| 研究分担者 |
但木 大介 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (30794226)
金高 弘恭 東北大学, 歯学研究科, 教授 (50292222)
馬 騰 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (10734543)
岩田 一樹 東北福祉大学, 総合マネジメント学部, 准教授 (20515457)
山口 政人 東北福祉大学, 健康科学部, 教授 (50326724)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2023年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2022年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
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| キーワード | ナノバブル / バブル合体 / ナノ反応場 / 界面反応 / 界面構造 / 赤外分光法 / 電子スピン共鳴法 / 核磁気共鳴法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ナノバブルは超微小サイズの気泡で、通常の気泡にはない特異な性質を有する。特に粒径量子化現象や特異な「バブル合体（Coalescence）」現象に注目し、合体時のナノバブルの気液界面構造、原子分子レベルのバブル合体機構、合体に伴う特異な気液・固液界面反応を、多重内部反射赤外吸収分光法や電子スピン共鳴法、顕微鏡観察法、蛍光分析法などを駆使して多角的・系統的に解明し、ナノバブル特性理解の深化を目指す。特に、特徴的なバブル合体現象は、バブルの安定性やバブル特有の反応に大きく関与していると考えられ、バブル合体現象を切り口として、バブル合体が関わる新規ナノ反応場を開拓することを目的とする。
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| 研究成果の概要 |
ナノバブル（NB）界面が水分子クラスターから成る二次元配列構造であり、それぞれのクラスターの双極子モーメントがNBの内側に向き、外側が疎水性になっていることを明らかにし、クラスター間の双極子ー双極子相互作用が界面張力の起源であることを示した。粒径の同じナノバブルの合体が選択的に起きるという実験結果を説明しうる物理モデルを提唱した。モデル計算により、粒径依存性合体現象と共に100nm程度のNBの寿命が長くなるという実験結果も説明できた。炭酸水を超音波照射することにより生成した二酸化炭素ガス内包NBの界面で水酸基ラジカルが形成されることを明らかにし、界面で継続的にラジカルが生成されることを示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ナノバブル（NB）界面が水分子クラスターから成る二次元配列構造であることを明らかにしたことは、NB表面の疎水性や表面負電荷を説明する上で重要な知見であり、これまで明確になっていない気液界面の界面張力の起源を解明する上でも重要な手がかりを与える。また、新規なNB合体物理モデルの提唱は粒径に依存した特異的合体現象を説明するばかりでなく、これまで解明されていないNBの長寿命性の原因を明らかにした画期的な研究成果である。さらに、炭酸水の超音波照射で生成した二酸化炭素ガス内包NBの界面で水酸基ラジカルが形成されることを明らかにした成果は、薬剤を用いない新しい殺菌法の開発に発展すると期待できる。
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