| 研究課題/領域番号 |
20K14431
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| 研究機関 | 東京都立大学 |
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研究代表者 |
谷 茉莉 東京都立大学, 理学研究科, 助教 (10822950)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | ソフトマター / 泡沫 / 動的挙動 |
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| 研究実績の概要 |
液体内部に気泡が多数押し込められたものを泡沫（foam）と呼ぶ．泡沫は液体と気体両方の性質を持つため高い機能性を実現し，それを利用した様々な製品が我々の日常生活に多くみられる．例えば，洗顔フォームや洗剤は少ない液量での高拡散性，高粘弾性，高吸着性を利用しており，消火泡は外気の高遮蔽性を利用したものである．これらの機能性を最大限に活かすためには，泡沫の動力学の理解と制御が重要となる．しかし，泡沫のマクロな動的挙動は，泡沫内のミクロな構造変化とカップリングしており，泡沫を一様な連続体として扱うのは難しい．また，パラメータを制御した実験や定量的な評価も難しく，泡沫の物理的理解には至っていないのが現状である．
本研究課題で我々は，ミクロとマクロな視点から泡沫の滴の重力下での動的挙動とそのメカニズム解明を目指し，研究を行った．具体的には，擬二次元セルに泡沫滴を閉じ込め，重力下での泡沫滴の動的挙動を調べた．その結果，(a)泡沫滴が一体のまま下降するモードと，(b)泡沫滴下部から液滴が分離して先に下降するモードが確認された．さらに，セル厚み，実効重力，液体分率，滴サイズを変化させた実験を行い，下降モード(a),(b)の境界を明らかにした．また，その境界を理論的に説明することに成功した．
これらの成果を国際会議，国内の学会等で発表し，現在，論文執筆準備中である．
本研究課題は，風呂場や流しの鉛直壁に吹き付けた泡が，どのような場合にその場にとどまるのか，また，どのようなダイナミクスで下降するのか，を明らかにすることを目指してモデル化した研究であり，研究成果は学術面のみならず，産業界へも重要な知見を与えると考えている．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
泡沫の滴の重力下での動的挙動とそのメカニズム解明を目指し，研究を行っている．重力下での泡沫の動的挙動の理解は学術的興味のみならず，産業応用面からも重要な問題である．
我々は，滴状の泡沫を一層になるようにセルに閉じ込め，重力下での振る舞いを観察した．その結果，(a)泡沫滴が一体のまま下降するモードと，(b)泡沫滴下部から液滴が分離して先に下降するモードの2種類を確認した．また，セル厚み，実効重力，液体分率，滴サイズを変化させた実験を行い，下降モード(a),(b)の境界を実験的に明らかにした．さらに，ノズルの先端から液滴がちぎれる時の条件式として知られていた式を泡沫滴の場合に拡張し，我々の実験結果を説明することに成功した．
複数の下降モードが現れること自体がインパクトの高い結果であるため，以上の結果を査読論文で発表することを目指し，現在論文執筆中である．
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究成果を査読論文として発表する．
また，泡沫での排水効果，浸透圧などの影響を考慮に入れた実験，理論的考察を行う．さらに，(a)泡沫滴が一体のまま下降する場合の下降ダイナミクスを調べる．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は，参加を予定していた国際会議および国内学会・研究会が，全てオンライン開催となったため，出張に関連する出費が抑えられた．また，社会的状況を鑑みて，実験よりも理論的考察に時間をかけ，実験には現在手元にある装置を工夫して最大限利用するように計画を一部変更した結果，物品購入の出費も抑えられた．
次年度も出張のための出費は予定額より少なくなることが予想される．一方で，内部構造の変化等をより詳細に調べるために，実験装置の見直しを行い，予定よりも多く物品購入を行う予定である．また，研究成果を査読論文で発表し，オープンアクセスのための出費を予定している．
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