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ナノ・レーザ計測と粗視化モデルの相互補完解析法による界面フルイディクスの深化

研究課題

研究課題/領域番号 26249022
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 熱工学
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

菱田 公一  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (40156592)

研究分担者 佐藤 洋平  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00344127)
泰岡 顕治  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (40306874)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
41,080千円 (直接経費: 31,600千円、間接経費: 9,480千円)
2017年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2016年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2015年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
2014年度: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
キーワード熱流動相互補完解析法 / 自発ラマン散乱 / エバネッセント波自発ラマンイメージング / 分子動力学シミュレーション / 粗視化モデル / 振動スペクトル / 界面熱流動ダイナミクス / 界面フルイディクス / エバネッセント波自発ラマ ンイメージング
研究成果の概要

固体・液体から成る界面極近傍に存在する水分子およびイオン群の挙動を明らかにするため,エバネッセント波照射による非侵襲計測技術,ならびに粗視化モデルに基づく分子動力学シミュレーションの開発を行った.固体表面性状やイオン混入によって,界面極近傍の水分子の振動モードおよび水素・非水素結合状態を実験的に明らかにし,水分子動態によって界面熱流動現象(イオン濃度や固体壁面ゼータ電位)を把握することが可能となった.

研究成果の学術的意義や社会的意義

水分子からのラマン散乱光を取得し,振動モードおよび水素・非水素結合状態を計測可能としたことにより,界面極近傍熱流動現象の非侵襲計測技術の提案を行った点は,学術的にも社会的にも意義がある.更に,エバネッセント波照射による計測結果は,バルク領域とは異なる傾向を示していることから,シミュレーション領域の拡大をもたらす粗視化モデルの構築に貢献することが可能となった.

報告書

(5件)
  • 2018 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2018 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (34件) (うち国際学会 11件、 招待講演 1件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [国際共同研究] フランス原子力・代替エネルギー庁 (CEA)(フランス)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] フランス原子力・代替エネルギー庁(フランス)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Two-wavelength Raman imaging for non-intrusive monitoring of transient temperature in microfluidic devices2014

    • 著者名/発表者名
      Reiko KURIYAMA, Yohei SATO
    • 雑誌名

      Measurement Science and Technology

      巻: 25 号: 9 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1088/0957-0233/25/9/095203

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Spatial measurement of swirling jet of bubbly flow by combined ILIDS and PIV techniques2018

    • 著者名/発表者名
      Senoma, K., Sato, Y. & Hishida, K.
    • 学会等名
      The 19th International Symposium on Applications of Laser and Imaging Technologies to Fluid Mechanics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of ion concentration in electrolyte solutions by total internal reflection Raman spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Miyajima, T., Baba, T., Yamamoto, E. & Sato, Y.
    • 学会等名
      The 26th International Conference on Raman Spectroscopy
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On investigation of water molecules behavior in the vicinity of liquid-solid interface using TIR Raman2018

    • 著者名/発表者名
      Kinoshita, H., Kinoshita, M., Yamamoto, E. & Sato, Y.
    • 学会等名
      The 26th International Conference on Raman Spectroscopy
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 温度勾配のかかった系における水分子ダイナミクスの解明2018

    • 著者名/発表者名
      加藤優佑, 佐藤洋平, 山本詠士
    • 学会等名
      第32回分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 分子動力学シミュレーションを用いたアクアポリンにおける水透過性の解明2018

    • 著者名/発表者名
      塚田拓大, 佐藤洋平, 菱田公一, 安井正人, 山本詠士
    • 学会等名
      第32回分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Measurement of two-dimensional temperature distribution in microdevice2017

    • 著者名/発表者名
      Mastaka Takechi, Maiko Tanaka & Yohei Sato
    • 学会等名
      The Sixth International Symposium on Micro and Nano Technology
    • 発表場所
      九州大学(福岡県・福岡市)
    • 年月日
      2017-03-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of hydrophilic/hydrophobic influence on molecular concentration in the vicinity of liquid-solid interface using total internal reflection raman imaging2017

    • 著者名/発表者名
      Kinoshita, H., Kinoshita, M. & Sato, Y.
    • 学会等名
      The Ninth JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 二波長ラマンイメージング法による電解質溶液の二次元温度分布計測2016

    • 著者名/発表者名
      武智政孝, 田中満依子, 山本憲, 佐藤洋平
    • 学会等名
      日本機械学会熱工学コンファレンス2016
    • 発表場所
      愛媛大学(愛媛県・松山市)
    • 年月日
      2016-10-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 組込型デバイスEvaChipを用いたマイクロデバイス内のナノ粒子ゼータ電位計測2016

    • 著者名/発表者名
      宮島昂宏, 渡邉菖平, 佐藤洋平
    • 学会等名
      日本機械学会熱工学コンファレンス2016
    • 発表場所
      愛媛大学(愛媛県・松山市)
    • 年月日
      2016-10-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 全反射ラマンイメージングによる固液界面極近傍における親水性・疎水性の分子挙動への影響の評価2016

    • 著者名/発表者名
      木下晴貴, 木下正治, 湯原大輔, 山本憲, 泰岡顕治, 佐藤洋平, 菱田公一
    • 学会等名
      日本機械学会熱工学コンファレンス2016
    • 発表場所
      愛媛大学(愛媛県・松山市)
    • 年月日
      2016-10-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Measurement of molecular diffusion in the vicinity of liquid-solid interface by total internal reflection Raman imaging2016

    • 著者名/発表者名
      Masaharu Kinoshita, Tetsuro Tateishi, Reiko Kuriyama & Yohei Sato
    • 学会等名
      The Fifth Micro and Nano Flows
    • 発表場所
      Milan (Italy)
    • 年月日
      2016-09-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 固液界面熱流動のナノ・レーザ計測と分子動力学の相互補完解析に向けて (第1報)2016

    • 著者名/発表者名
      栗山怜子, 木下正治, 立石哲郎, 佐藤洋平
    • 学会等名
      第53回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      グランキューブ大阪(大阪府・大阪市)
    • 年月日
      2016-05-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 固液界面熱流動のナノ・レーザ計測と分子動力学の相互補完解析に向けて (第2報)2016

    • 著者名/発表者名
      山本憲, 土居勇人, 湯原大輔, 泰岡顕治, 佐藤洋平, 菱田公一
    • 学会等名
      第53回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      グランキューブ大阪(大阪府・大阪市)
    • 年月日
      2016-05-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Development of multi-wavelength spontaneous Raman imaging for ion concentration and temperature distribution in microfluidic device2016

    • 著者名/発表者名
      M. Tanaka, K. Yamamoto, Y. Sato & K. Hishida
    • 学会等名
      The First Pacific Rim Thermal Engineering Conference
    • 発表場所
      Hawaii (U.S.A.)
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sophisticated integration of laser measurement techniques and their expansion to nano/micro thermofluid dynamics2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Sato
    • 学会等名
      The First Pacific Rim Thermal Engineering Conference
    • 発表場所
      Hawaii (U.S.A.)
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Car-Parrinello Molecular Dynamics Study of Guest-Host Interaction in Ammonia Clathrate Hdyrate2016

    • 著者名/発表者名
      M. Hiratsuka, R. Ohmura, A. K. Sum, S. Alavi & K. Yasuoka
    • 学会等名
      The First Pacific Rim Thermal Engineering Conference
    • 発表場所
      Hawaii (U.S.A.)
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-Equilibrium Molecular Dynamics Simulation of Evaporation Process for Diatomic Molecule2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Nomoto, R. Sano, M. Hiratsuka, D. Takaiwa, Y. Fujita, Y. Kondo & K. Yasuoka
    • 学会等名
      The First Pacific Rim Thermal Engineering Conference
    • 発表場所
      Hawaii (U.S.A.)
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Vibrations of water molecules in monosaccharide hydration shell by DFT-MD studies2016

    • 著者名/発表者名
      K. Tomobe, T. Iijima, E. Yamamoto, M. Yasui & K. Yasuoka
    • 学会等名
      60th Biophysical Society Annual Meeting
    • 発表場所
      Los Angeles (U.S.A.)
    • 年月日
      2016-02-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アンモニアを含むクラスレート水和物のゲスト-ホスト間相互作用2015

    • 著者名/発表者名
      平塚将起, 大村亮, 泰岡顕治
    • 学会等名
      第29回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟コンベンションセンター)(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2015-11-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 単糖水和殻中の水分子振動スペクトル解析2015

    • 著者名/発表者名
      友部勝文, 飯島崇, 山本詠士, 安井正人, 泰岡顕治
    • 学会等名
      第29回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟コンベンションセンター)(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2015-11-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 自発ラマンイメージング法を用いた多変量空間分布の非侵襲計測2015

    • 著者名/発表者名
      田中満依子, 山本憲, 佐藤洋平
    • 学会等名
      日本機械学会熱工学コンファレンス2015
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-10-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 顕微鏡一体型デバイス"Evanescent Wave for a Chip"を用いた固液界面極近傍の多変量分布計測2015

    • 著者名/発表者名
      内ヶ崎温恭, 漆谷真帆, 佐藤洋平
    • 学会等名
      日本機械学会熱工学コンファレンス2015
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-10-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 全反射ラマン散乱光を用いたマイクロチャネル流固液界面極近傍のイオン拡散非侵襲イメージング2015

    • 著者名/発表者名
      立石哲郎, 佐藤洋平
    • 学会等名
      日本機械学会熱工学コンファレンス2015
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-10-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] ナノ・マイクロ熱流動レーザ計測に影響を及ぼす分子拡散現象の定量的評価2015

    • 著者名/発表者名
      服部司, 佐藤洋平
    • 学会等名
      日本機械学会熱工学コンファレンス2015
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-10-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 糖鎖周りの水分子のスペクトル解析2015

    • 著者名/発表者名
      友部勝文, 飯島崇, 山本詠士, 安井正人, 泰岡顕治
    • 学会等名
      第36回日本熱物性シンポジウム
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2015-10-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 液液流動界面におけるイオン拡散に伴う電位形成の解明に向けたナノ・カラーイメージング2015

    • 著者名/発表者名
      渡邉菖平, 佐藤悠, 佐藤洋平, 菱田公一
    • 学会等名
      第52回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡県博多市)
    • 年月日
      2015-06-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 界面熱流動計測用組込デバイス"Evanescent Wave for a Chip"の開発2015

    • 著者名/発表者名
      漆谷真帆, 牧野秀介, 渡辺学, 佐藤洋平, 菱田公一
    • 学会等名
      第52回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡県博多市)
    • 年月日
      2015-06-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Nano color imaging for investigation of electrostatic potential induced by ion concentration near liquid-liquid flowing interface2015

    • 著者名/発表者名
      Shohei Watanabe, Yu Sato, Ken Yamamoto & Yohei Sato
    • 学会等名
      International Workshop on Extended-Nano Fluidics
    • 発表場所
      東京大学 (東京都・文京区)
    • 年月日
      2015-03-26 – 2015-03-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 親水性分子を含むクラスレート水和物におけるゲスト-ホスト間水素結合2014

    • 著者名/発表者名
      平塚将起, 大村亮, Amadeu K. Sum, Saman Alavi, 泰岡顕治
    • 学会等名
      第28回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      仙台市民会館 (宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2014-11-12 – 2014-11-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Vibrational spectra of alcohol molecules in clathrate hydrates2014

    • 著者名/発表者名
      Masaki Hiratsuka, Ryo Ohmura, Amadeu K. Sum, Saman Alavi & Kenji Yasuoka
    • 学会等名
      International Symposium on Extended Molecular Dynamics and Enhanced Sampling : Nose Dynamics 30 Years (NOSE30)
    • 発表場所
      慶應義塾大学 (東京都・港区)
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 液液流動界面におけるイオン濃度勾配に伴う電位分布のナノ・レーザ計測2014

    • 著者名/発表者名
      渡邉菖平, 佐藤悠, 佐藤洋平, 菱田公一
    • 学会等名
      熱工学コンファレンス2014
    • 発表場所
      芝浦工業大学 (東京都・江東区)
    • 年月日
      2014-11-08 – 2014-11-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Measurements of electrostatic potential using nano-PIV/LIF at liquid-liquid interface in microchannel2014

    • 著者名/発表者名
      Yu Sato, Tasuku Tabei, Yohei Sato & Koichi Hishida
    • 学会等名
      The 25th International Symposium on Transport Phenomena
    • 発表場所
      Krabi (Thailand)
    • 年月日
      2014-11-05 – 2014-11-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Vibrational spectra of alcohol molecules in clathrate hydrates from ab initio MD simulations2014

    • 著者名/発表者名
      Masaki Hiratsuka, Ryo Ohmura, Amadeu K. Sum & Kenji Yasuoka
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Gas Hydrates
    • 発表場所
      Beijing (China)
    • 年月日
      2014-07-28 – 2014-08-01
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] クラスレート水和物内のゲスト分子の振動スペクトルが水分子から受ける影響の第一原理分子動力学を用いた解析2014

    • 著者名/発表者名
      平塚将起, 大村亮, Amadeu K. Sum, 泰岡顕治
    • 学会等名
      第51回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      アクトシティ浜松コングレスセンター (静岡県・浜松市)
    • 年月日
      2014-05-21 – 2014-05-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [産業財産権] 全反射試料証明装置2016

    • 発明者名
      佐藤洋平, 漆谷真帆, 牧野秀介
    • 権利者名
      佐藤洋平, 漆谷真帆, 牧野秀介
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2016-02-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 全反射試料照明装置2015

    • 発明者名
      佐藤洋平, 漆谷真帆, 牧野秀介
    • 権利者名
      佐藤洋平, 漆谷真帆, 牧野秀介
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2015-038153
    • 出願年月日
      2015-02-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2020-03-30  

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