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2019 年度 実績報告書

マルチスケール位相シフト光学システム開発とナノフルイドの動的濡れ計測への展開

研究課題

研究課題/領域番号 17K14848
研究機関東北大学

研究代表者

庄司 衛太  東北大学, 工学研究科, 助教 (20780430)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードエリプソメータ / 位相シフト技術 / ナノフルイド / 濡れ性 / ナノ液膜
研究実績の概要

金属や金属酸化物のナノ粒子が高濃度に分散した懸濁液である高濃度ナノフルイドは,ナノインクへの応用などが期待される新たな機能性流体である。高濃度ナノフルイドのナノインクへの応用には,その濡れ挙動,特に先行薄膜を含む微視的な濡れ挙動の解明が重要である。そこで本研究では,マイクロスケールからナノスケールの液膜の膜厚分布を測定可能なマルチスケール位相シフト光学システムを開発し,高濃度ナノフルイドの微視的濡れの動的挙動解明を目的とする。
昨年度までにマルチスケール位相シフト光学システムの開発,およびその妥当性検証を終え,Si基板上に液滴試料を滴下した際の微視的濡れの動的挙動の測定実験を進めた。試料には先行薄膜の先行研究で多く用いられてきたポリジメチルシロキサン(PDMS)と,表面をPDMSで修飾したSiO2ナノ粒子をPDMSに添加した懸濁液(一次粒径:14 nm,ナノ粒子濃度:1 wt%)を用いた。本年度は引き続き,これら試料の微視的濡れの測定実験を実施するとともに,微視的な濡れの特性評価を進めた。
得られた膜厚分布から動的接触角,先行薄膜長さを測定し,Capillary数との関係を整理した。本実験条件の範囲では,純PDMSと懸濁液はともに1°程度の動的接触角を示し,同Capillary数では懸濁液の動的接触角は純PDMSよりも大きく,またばらつきも増加した。このばらつきは液滴内部の粒子の影響と考える。一方,Capillary数に対する動的接触角の傾きは,純PDMSと懸濁液で同様の傾向を示した。また,先行薄膜長さには粒子添加の影響が表れなかった。これはナノ粒子がサブマイクロからマイクロメートルの凝集体を形成(動的光散乱法を用いて測定)し,先行薄膜領域に存在しなかったためと考える。よって,先行薄膜内に粒子が存在しなければ,先行薄膜長さには影響を及ぼさない可能性が示唆された。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Three-step phase-shifting imaging ellipsometry to measure nanofilm thickness profiles2019

    • 著者名/発表者名
      Eita Shoji, Atsuki Komiya, Junnosuke Okajima, Masaki Kubo, Takao Tsukada
    • 雑誌名

      Optics and Lasers in Engineering

      巻: 112 ページ: 145-150

    • DOI

      10.1016/j.optlaseng.2018.09.005

    • 査読あり
  • [学会発表] A study on nano-scale interfacial phenomena of surface-modified nanoparticle suspensions2019

    • 著者名/発表者名
      Eita Shoji, Masaki Kubo, Takao Tsukada, Atsuki Komiya, Gota Kikugawa
    • 学会等名
      16th International Conference on Flow Dynamics
  • [学会発表] 位相シフトエリプソメータを用いた固体基板上における懸濁液の微視的濡れ挙動の計測2019

    • 著者名/発表者名
      庄司衛太,米村建哉,金子峻大,久保正樹,塚田隆夫,小宮敦樹
    • 学会等名
      日本マイクログラビティ応用学会 第31回学術講演会
  • [学会発表] Investigation of the effect of nanoparticles on microscopic wetting behavior of a nanoparticle suspension droplet on a substrate using phase-shifting ellipsometer2019

    • 著者名/発表者名
      Eita Shoji, Tatsuya Yonemura, Takahiro Kaneko, Masaki Kubo, Takao Tsukada, Atsuki Komiya
    • 学会等名
      18th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress
  • [学会発表] Investigation of microscopic wetting behavior of PDMS suspensions with surface-modified nanoparticles using a phase-shifting ellipsometer2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Kaneko, Tatsuya Yonemura, Eita Shoji, Masaki Kubo, Takao Tsukada, Atsuki Komiya
    • 学会等名
      2019年度化学系学協会東北大会
  • [学会発表] 位相シフト技術を導入した新規光学計測手法の開発 -熱物質輸送現象のマルチスケール計測-2019

    • 著者名/発表者名
      庄司衛太
    • 学会等名
      第21回先端研究発表会・講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 位相シフトエリプソメータによる固体基板上液滴のナノスケール濡れ挙動の可視化計測2019

    • 著者名/発表者名
      庄司衛太, 米村建哉, 金子峻大, 久保正樹, 塚田隆夫, 小宮敦樹
    • 学会等名
      化学工学会第84年会

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公開日: 2021-01-27  

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