| 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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| 研究実績の概要 |
本年度は、昨年度に引き続き、ナノバブルの界面構造、ナノバブルの合体機構の解明と、ナノバブル間相互作用（気液界面反応）の研究を遂行した。
・界面構造の解明に関しては、赤外分光計測結果とクラスター計算結果の詳細な比較を行い、NB界面が水分子クラスターの二次元配列構造から成り、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た。この界面構造によりNBの諸特性を統一的に説明できた。また、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。これらの成果はコロイド界面の国際的学術誌に公表した。
・合体機構に関しては、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。このモデルは、合体確率がNBの粒径に依存し、ブラウン運動するNBの運動エネルギーがある閾値を超えると合体に至ることを仮定したものである。モデルに基づいた数値計算により、粒径が同じナノバブル同士が合体し易いこと説明できるだけでなく、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。それら成果はコロイド関係の国際的学術誌に公表した。
・NBの気液界面反応に関しては、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を内包したNBの界面反応を集中的に調べた。その結果、二酸化炭素内包NBの界面では水酸基ラジカルが形成されることを電子スピン共鳴法により明らかにした。特筆すべき成果は、NB界面で継続的にラジカルが生成されることを明らかにした点であり、NBの顕著な除菌効果も併せて明らかにした。それらの成果はソノケミストリー分野の国際的学術誌に公表した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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