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2022 年度 実績報告書

エバネッセント光による超音波の励起

研究課題

研究課題/領域番号 20K04291
研究機関東京電機大学

研究代表者

松谷 巌  東京電機大学, 理工学部, 准教授 (00514465)

研究分担者 遠藤 正樹  東京電機大学, 理工学部, 教授 (80259837)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードエバネッセント光 / 金属ナノ粒子 / インクジェット
研究実績の概要

光が全反射するとき、媒質2の極浅領域に光を照射することができ、高エネルギーのパルスレーザを使用すれば、非常に小さい領域に光のエネルギーを閉じ込められるので、高いエネルギー密度が実現できる。そこでエバネッセント光で極小点の熱源を構築し、新しいインクジェット技術を創製することを目標にした。入射角を臨界角以上に設定してレーザを全反射させたとき、期待していたインクジェット現象は発現せず、むしろその前に全反射点であるプリズム内部が破損する問題が発生した。これは思い描いていた実験は失敗したことを意味している。パルスレーザの入射角が臨界角未満の時にレーザはプリズムを突き抜けて水面の内側で全反射してしまったが、インクジェット現象の発現を確認することができた。両方に共通して言えることは、全反射点の内側で特殊な現象が生じているということ。そこで金ナノ粒子のプラズモン共鳴を用いることで、エバネッセント光強度を2倍以上にすることできるのではないか考えた。ガラス表面に金ナノ粒子を配置し、エバネセント光を照射することで、プラズモン共鳴を励起するという新しい構成を考えた。純粋なエバネッセント光では5MWでプリズムが破損してしまったため、それより低エネルギである3.8MWでインクジェット現象を起こした。そしてこの時、水滴は鉛直方向に20cm飛散した。この現象は、金ナノ粒子×エバネッセント光によるプラズモン共鳴によって電界強度が上昇することで、水温が急激な上昇を起こし、気化・プラズマ化によって、インクジェット現象が発現したと考えられる。金ナノ粒子が寄り集まっている状況を考慮したシミュレーションを行い、電界強度を分析した。金ナノ粒子単体による電界強度の向上は5倍程度となった。これに対し、2つのナノ粒子間距離0~0.5nmの時、平均的には50倍も増強された。これらによって温度上昇が引き起こされる事が判明した。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [学会発表] エバネッセント光と金属ナノ粒子の相互作用で増強された電場とアブレーションに関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      飯塚達也、松谷 巌、遠藤正樹
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会 第30回超音波による非破壊評価シンポジウム
  • [学会発表] エバネッセント光と金属ナノ粒子の相互作用による電場増強に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      池谷音彦、松谷 巌、遠藤正樹、飯塚達也
    • 学会等名
      日本機械学会関東支部 関東学生会第62回学生員卒業研究発表講演会
  • [学会発表] 粘性流体を用いたボールレンズ傾斜計の開発2023

    • 著者名/発表者名
      吉澤由華、松谷 巌、清水裕貴、藤田竜成
    • 学会等名
      日本機械学会関東支部 関東学生会第62回学生員卒業研究発表講演会
  • [学会発表] エバネッセント光と金属ナノ粒子の相互作用で増強された電場とその応用に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      飯塚達也、松谷 巌、遠藤正樹
    • 学会等名
      日本機械学会関東支部 第29期総会・講演会
  • [学会発表] 外乱振動を低減する光学式傾斜計の開発2023

    • 著者名/発表者名
      清水裕貴、松谷 巌
    • 学会等名
      日本機械学会関東支部 第29期総会・講演会
  • [学会発表] 金属ナノ粒子との相互作用によるエバネッセント光強度の向上とその応用2023

    • 著者名/発表者名
      槇島直大、飯塚達也、松谷 巌
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春期学術講演会
  • [学会発表] 平板に衝突する不足膨張噴流に関する実験的研究2022

    • 著者名/発表者名
      新井悠太、遠藤正樹
    • 学会等名
      数理科学会 第41回数理科学講演
  • [学会発表] 平板に衝突する不足膨張噴流のBOS 法による可視化2022

    • 著者名/発表者名
      新井悠太、遠藤正樹
    • 学会等名
      計測自動制御学会計測部門 第39回センシングフォーラム
  • [学会発表] Design of Optical Inclinometer Composed of a Ball Lens and Viscosity Fluid to Improve Focusing2022

    • 著者名/発表者名
      Iwao Matsuya and Osamu Furuya
    • 学会等名
      IEEE Sensors 2022
    • 国際学会
  • [備考] 東京電機大学 機械要素研究室

    • URL

      http://rm.dendai.ac.jp/matsuyalab/index.html

  • [備考] 東京電機大学 教員情報

    • URL

      https://ra-data.dendai.ac.jp/tduhp/KgApp/k03/resid/S000007

  • [産業財産権] 傾斜角度測定器2022

    • 発明者名
      松谷 巌、古屋 治
    • 権利者名
      松谷 巌、古屋 治
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2022-135443

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公開日: 2023-12-25  

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