| 研究課題/領域番号 |
21K03865
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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19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 立命館大学 |
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研究代表者 |
吉岡 修哉 立命館大学, 理工学部, 准教授 (80375146)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023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)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | マイクロバブル / エマルション / 電界 / 磁界 / 超音波 / 能動制御 / S/O/Wエマルション / A/O/Wエマルション / 制御 / 油滴 / 電界・磁界 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、マイクロバブルやエマルションの挙動を、外部から能動的に制御することを目指す。その手法として、電界、磁界、超音波を用いる。電界および磁界による制御のため、これらには界面活性剤により電荷及び磁性を与える。こうすることで、外部から与える電界および磁界により、これらを動かすことが出来る。さらに、超音波により特定のマイクロバブルおよびエマルションを特定の位置に保持したり、破砕したりする。これらの手法を用いることで、マイクロバブルやエマルションを、外部の流れからは独立して、その位置や移動速度を操ることを目指す。
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| 研究実績の概要 |
2023年度は、①S/O/Wエマルションの磁界による制御、②超音波と電界によるマイクロバブルの複合制御、③A/O/Wエマルションの作成について取り組んだ。
①S/O/Wエマルションは、2022年度の検討にて最も安定して作成できることが分かったナノスケール磁性粒子を含むS/O/Wエマルションを使用した。分散層はサフラワー油（ベニバナ油）、連続相は水である。このS/O/Wエマルションに含まれる油滴を電磁石が発生する磁界により動かした。静水中で実施した実験により、磁界の強さにより油滴の移動速度が変化することを明らかにした。全体的な傾向としては大きな油滴ほど移動速度は大きくなるが、終端速度にはばらつきがあること、また終端速度に達することなく加速を続ける油滴があることもわかった。
②超音波と電界によるマイクロバブルの複合制御では、超音波により生じるビヤクネス力によりマイクロバブルの位置を保持する力と、電界により電極方向にマイクロバブルを移動させる力の大小関係について検討した。実験は、電界により水中を電極方向に移動するマイクロバブル群に対して超音波を照射することで行った。径が小さいマイクロバブルは、電極に向けて移動中に超音波が作用するとその場で凝集体を形成して水中で静止した。径が大きいマイクロバブルは、超音波が作用すると凝集体を形成するものの、そのまま電極方向への移動を続けた。このことから、大きいマイクロバブルは界面活性剤により強く帯電しているため、ビヤクネスによる保持力よりも大きなクーロン力が働き電極方向への移動を維持していると考えられる。
③2023年度は新たに、空気を内包する油滴が水中に分散するA/O/Wエマルションの作成を行った。A/O/WエマルションもS/O/Wエマルションと同様にSPG膜を使用して作成した。A/O/Wエマルションの挙動制御は2024年度の課題とする。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究課題では、超音波、電界、磁界によるマイクロバブルとエマルションの複合制御を目指している。これまでに電界と磁界を用いて、静水中及び分岐流路中における制御に成功した。今年度は、静水中におけるマイクロバブルの挙動や超音波を照射されたマイクロバブル凝集体の挙動を詳細に検討した。また新たに、A/O/Wエマルションの作成も試みた。これらは2024年度にも継続して研究を続ける。
以上より、計画はおおむね順調に進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後はS/O/Wエマルションの挙動を詳細に検討し、電界・磁界・超音波による複合制御をよりきめ細かく実行できるように研究を続ける。また、2023年度に新たに始めたA/O/Wエマルションについても、作成技術だけでなく、その挙動の複合制御まで研究対象を広げる。加えて、現時点ではまだ実現できていない3次元方向の挙動制御も試みる。
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