電気浸透力と強磁性コロイド粒子の自己組織化を利用したマイクロ流体素子の開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450089
• 研究機関: 東洋大学
• 研究代表者: 前川 透 東洋大学, 工学部, 教授 (40165634)
• 研究分担者: 吉田 善一 東洋大学, 工学部, 教授 (50273032)
• キーワード: マイクロ流体 / 電気浸透効果 / 流動制御 / 磁性コロイド / マイクロ加工 / レーザー加工

研究概要

今年度は、マイクロ流体の流動制御/混合のための基礎要素技術およびマイクロチャネルの加工法を開発した。
1.電気浸透効果を利用した、マイクロチャネル内の流体混合/流動制御方法について数値解析を行った。液体/壁界面にマイクロ電極を配置した場合の、最適電極間距離について検討した。
2.浸透流速を決定するパラメターである、液体/壁界面のゼータ電位を測定し、ゼータ電位と液体中のイオン濃度(pH)との関係を明らかにした。
3.体溶媒に強磁性コロイド粒子を分散させた系のレオロジー特性についてマイクロ数値解析を行い、外部磁場強度、磁場周波数、専断ずり速度と見かけの粘性係数の関係を明らかにした。ある周波数領域で負の粘性が現れることがわかった。強磁性粒子の混入と変動磁場によりマイクロチャネル内の流動が制御できる。
4.液体溶媒に常磁性コロイド粒子を分散させ回転磁場をかけた場合のクラスター構造について解析した。磁場強度・回転周波数とクラスター構造との関係を明らかにした。特に、ある周波数において粒子マニピュレーションが可能となることがわかった。
5.シリカガラスにラミネートフィルムを多層化し、その層を重ねた立体流路の要素を第4高調波YAGレーザ(266nm)で形成し、立体混合流路を作成した。流路の寸法は深さ45μm、幅90μmで、混合部は深さ135μm、幅300μmである。2方向から赤青の着色液を立体流路に送り混合が確認でき、流路スペースが確保されていることがわかった。また流体導入部や合流部に亀裂や剥がれなどのダメージは確認されなかった。

研究成果

• [文献書誌] H.Morimoto, T.Maekawa, Y.Matsumoto: "Nonequilibrium Brownian Dynamics Analysis of Negative Viscosity Induced in a Magnetic Fluid Subjected to both ac Magnetic and Shear Flow Fields"Phys. Rev. E. 165. 61508.1-61508.8 (2002)
• [文献書誌] T.Ukai, T.Maekawa, H.Morimoto: "Equilibrium Patterns of Chain Clusters Composed of Ferromagnetic Particles in an External Magnetic Field"Int. J. Mod. Phys. B. 16. 2352-2357 (2002)
• [文献書誌] H.Morimoto, T.Maekawa: "Negative Viscosity Induced in a Ferromagnetic Colloidal System Subjected to both External Shear Flow and ac Magnetic Fields"Int. J. Mod. Phys. B. 16. 2610-2615 (2002)
• [文献書誌] S.Takahashi, Y.Suzuki, Y.Yoshida: "Fabrication of micro-channels by UV laser ablation"Proc. SPIE. 4830. 173-176 (2003)