| 研究概要 |
マイクロチャネル内固体・液体界面に形成されるイオン層,即ち,電気二重層の時空間構造がバルク流動構造に影響を及ぼすことが研究代表者らの一連の研究により明らかとなった.本研究では、固体・液体界面の拡散輸送現象において重要な役割を担うイオン挙動の解明、およびイオンの異方性がマイクロスケール熱流動現象に及ぼす影響を明らかにすることを目的として,エバネッセント光および核磁気共鳴(NMR)を併用した画期的な多変量イメージング法の開発を行った.屈折率の異なる石英ガラス壁面および緩衝液間にレーザ光の全反射によるエバネッセント波を発生させ、ナノスケール蛍光粒子の移動距離から電気浸透流速度を計測するナノprv(粒子画像流速計)、そして蛍光強度が壁面ゼータ電位に依存する蛍光色素を用いて壁面ゼータ電位(電気二重層の固定層と拡散層との境界面における電位)分布を計測するナノLIF(レーザ誘起蛍光法)を開発し、壁面極近傍の電気浸透流速度および壁面ゼータ電位の同時計測を行い、壁面ゼータ電位分布変化が電気浸透流流動構造変化に及ぼす影響を定量的に明らかにした.NMRを用いた計測では,小型コイルを用いることで高分解能でNMRスペクトルを取得でき、壁面近傍の試料濃度を計測することができる.本手法は試料に非接触で、かつ、試料を採取することなく濃度計測が可能であり、さらには蛍光剤の添加も要らない.コイルを複数配置することで、流路内の分布計測も可能となる.小型コイルを微細流路の混合部の上流・下流に設置し、水とメタノール水溶液が混合する過程での壁面近傍のNMR信号を取得した.この信号をスペクトル解析してCHスペクトル強度を求め、流路内でのメタノール濃度分布を計測する手法を開発した.また,流速,重力方向を変えて、微細流路内のメタノール濃度分布を定量的に計測した.
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