| 研究課題/領域番号 |
22K03914
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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 | 高知工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
秦 隆志 高知工業高等専門学校, ソーシャルデザイン工学科, 教授 (00342577)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2025年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | ウルトラファインバブル / ナノバブル / ラジカル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的は、ファインバブル（微細気泡）の研究において残る『問い：ウルトラファインバブル（UFB）からラジカルは発生するのか？』の「答え」を得て、メカニズムの解明、さらに効率的なラジカル発生技術へと深化させ、社会実装技術とした構築を目指す。また、ラジカルは殺菌技術にも使用でき、現在猛威を振うコロナ殺菌にも効果的である。つまり本研究成果は、With CoronaやAfter Coronaで活用できるNew Normalな殺菌技術として、ファインバブル（流体工学・混相流など）学術の潮流の加速のみならず、社会的急務な事項への対応策とした発展性を持つ。
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| 研究実績の概要 |
流体工学分野の混相流を筆頭に、多くの学術分野や産業分野においてファインバブル（微細気泡）研究が加速度的に進んでいる。しかしながら、ファインバブルの内、特に1μm未満のウルトラファインバブル（ナノバブル）には非常に大きな学術的『問い』が未解明のまま残っている。それは、ウルトラファインバブルからラジカルが発生するのか？といった『問い』である。このラジカルは非常に高い反応性を有することから、学術を基盤とする産業的利用性が高く、この「答え」が強く求められている。本研究では、この長きに渡り残されている学術的大きな『問い』の解明に向け仮説を提案し、仮説の検証から「答え」を得て、さらに効率的なラジカル発生技術へと深化させ、社会実装技術とした構築を目指す。
研究概要としては、【①UFBが外部刺激によって崩壊しラジカルが発生するのか？（仮説の検証）：1年目】、【②UFBが不純物へ接触することによって崩壊しラジカルが発生するのか？（仮説の検証）：2・3年目）】、【③仮説検証をもとにしたUFBからの効率的ラジカル生成に関する基本構築（技術深化）：4年目】とした。
初年度は上記項目の①を実施し、UFBに対し混和転倒や紫外線、加温、冷却、沸騰、凍結融解、超音波処理等をおこない、UFBの安定性を評価した。結果、比較的弱い応力ではUFBは安定的に存在し、強い応力や状態変化などが生じた場合にUFBの崩壊を確認した。合わせて当該過程においてラジカル種が観測され、基本的にはUFBの崩壊量とラジカル量の間に相関性が確認された。
2年目は①にUFBの数密度を種々変化させた系、および発生手法による差異を加えて延長し、現状、UFBの崩壊（不安定化）は発生手法には依らず、UFB数の増加に伴いその程度が増える傾向を確認した。また、②においては不純物混在下でUFBと接触するような実験系においてUFBの崩壊挙動を確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究概要としては、【① UFBが外部刺激によって崩壊しラジカルが発生するのか？（仮説の検証）：1年目】、【② UFBが不純物へ接触することによって崩壊しラジカルが発生するのか？（仮説の検証）：2・3年目）】、【③ 仮説検証をもとにしたUFBからの効率的ラジカル生成に関する基本構築（技術深化）：4年目】の3項目を設定した。
【① UFBが外部刺激によって崩壊しラジカルが発生するのか？（仮説の検証）：1年目】
UFBに対し混和転倒や紫外線、加温、冷却、沸騰、凍結融解、超音波処理等をおこない、UFBの安定性を評価した。結果、混和転倒や紫外線、加温、冷却ではUFBは安定的に存在し、沸騰や凍結融解、超音波処理によってUFBの崩壊を確認した。合わせて当該過程においてラジカル種が観測され、基本的にはUFBの崩壊量とラジカル量の間に相関性が確認された。他方、紫外線処理でUFB自体は安定的に存在したが、内包する気体（空気）との反応からオゾン、および過酸化水素の発生を確認した。
また、2年目において、UFBの数密度を種々替えた系、および発生手法による差異を加え延長した。結果、UFBの崩壊（不安定化）は発生手法には依らず、UFB数の増加に伴いその崩壊の程度が増える傾向を確認した。さらに、沸騰状態から冷却といった過程を急激におこなうことにより、よりUFBの崩壊が進むといった知見を得て、UFBが存在する環境下の急激な状態変化がUFBの不安定化に必要な要因であることを把握した。
【② UFBが不純物へ接触することによって崩壊しラジカルが発生するのか？（仮説の検証）：2年目）】
まず、不純物として固体粒子を加えた系で評価をおこなったところ、UFBと接触するような実験系、例えば固体粒子-UFB水を回転させるといった系においてUFBの崩壊を確認した。今後、ラジカル発生との関連性を探る。
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| 今後の研究の推進方策 |
【① UFBが外部刺激によって崩壊しラジカルが発生するのか？（仮説の検証）：1年目】において、UFBの数密度や状態変化の過程によって挙動が異なることを把握したため、延長にて実施しつつ、前述の把握点とラジカル発生との関連性を探る。
また、2・3年目に実施予定である【② UFBが不純物へ接触することによって崩壊しラジカルが発生するのか？（仮説の検証）：2・3年目）】も並行して実施し、『問い：UFBからラジカルが発生するのか？』に対する仮説の検証をおこない、最終年度での【③ 仮説検証をもとにしたUFBからの効率的ラジカル生成に関する基本構築（技術深化）：4年目】においてラジカル発生の要因を決定づける。
最終的にはその要因を強めることによりUFBから効率的ラジカル生成の基本構築をおこない、社会実装技術の構築に繋げることを目指す。
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