| 研究課題/領域番号 |
19K15452
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| 研究機関 | 日本女子大学 |
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研究代表者 |
李 香福 日本女子大学, 理学部, 助教 (50836632)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 音響キャビテーション気泡 / ソノルミネセンス / 帯電 |
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| 研究実績の概要 |
音響キャビテーション気泡は様々な分野への応用が期待され研究が行われている。音響キャビテーション気泡のより有効な適用には、気泡の動力学、圧壊時に生じる物理的・化学的作用など、気泡性質を解明する必要があるが、まだ十分に解明されていない。本研究では、音響キャビテーション気泡の電気的性質について調べる。令和元年度に実施した研究では、水中のSL単一気泡（SBSL気泡）がプラスに帯電していることを実験的に示した。また、SL時間と移動距離の相関から、気泡の圧壊時に気泡内部で生成される化学反応物が、帯電に影響をすることが示唆された。令和2年度には、気泡運動を表す代表的な式のKellerの式を用いて、SBSL気泡に働く第１ビヤークネス力を数値シミュレーション（Python）より求めた。第１ビヤークネス力の計算値と電場強度の測定値より、SBSL気泡の電荷量を約2 pCと見積った。令和3年には、SBSL気泡の電荷量の誤差を評価した。帯電気泡は、電場印加によって第１ビヤークネス力と静電気力の平衡点へ移動する。平衡点の気泡にかかる第１ビヤークネス力を数値シミュレーションで求めるとき、音圧値はハイドロフォンで測定した測定値を用いた。また、電場強度は白金プローブでの、気泡位置付近の電位測定から求めた測定値である。音圧と電位の測定は、プローブを固定したステージを動かしなら行ったため、誤差が生じやすく、これらの測定誤差を電荷量の評価にも考慮する必要がある。音圧の測定誤差を考慮して、測定値の±0.2気圧の音圧範囲で、様々な初期半径条件で数値シミュレーションを行い、その結果と散乱光強度測定結果を比較して、音圧とその音圧での初期半径を予測した。得られた音圧と初期半径の予測値より第１ビヤークネス力を計算し、電荷量を計算した結果、2.5 pC±Δ0.6となった。誤差には電場強度が最も影響することが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
令和3年には、令和2年に引き続き、数値シミュレーションより、SBSL気泡の電荷量評価の研究を行った。当初計画では、SBSL気泡の電気的性質の確認と、その帯電要因を明確にした上で、気泡の電荷量を評価する予定だったが、コロナ感染症流行により実験装置の使用が制限されたため、数値シミュレーションによるSBSL気泡の帯電量評価の研究を実施した。
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| 今後の研究の推進方策 |
SBSL気泡の帯電要因を明確にするために、試料の溶存ガスと試料のpHの依存性を調べる。具体的には、試料の溶存空気を希ガス（Ar）に置換し、過酸化水素、亜硝酸などの気泡圧壊時に生成される化学反応物の発生を抑制する。この測定から、気泡内部で生成された化学反応物の気泡の帯電へ影響を調べることができる。また、微量の塩酸(HCl)や水酸化ナトリウム(NaOH)の添加より試料溶液のpHを調整する。試料溶液のイオン濃度が気泡の極性へ影響するかを検討する。これらの研究結果より、SBSL気泡の内部と外部のどちらが気泡の極性決めに支配的に影響するのか評価できる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2021年度はコロナ感染症流行により、研究を実施するのに制限が生じたため、当初計画の研究内容が変更され、進歩が遅れている。令和2年度と令和3年度に行った、数値シミュレーションによるSBSL気泡の電荷量評価の研究成果を論文投稿する予定で、その投稿費用として使用する予定である。
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