| 研究課題/領域番号 |
20KK0085
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
上野 一郎 東京理科大学, 理工学部機械工学科, 教授 (40318209)
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| 研究分担者 |
黒瀬 築 東京理科大学, 理工学部機械工学科, 助教 (30868740)
塚原 隆裕 東京理科大学, 理工学部機械工学科, 准教授 (60516186)
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| 研究期間 (年度) |
2020-10-27 – 2024-03-31
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| キーワード | メニスカス・クリーニング / 表面張力 / メニスカス / 洗浄 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，『メニスカス・クリーニング』機構の提案を大目的とし，その実現に向けて以下の4目標を掲げている．すなわち，目標1：比較的単純な構造を有する基板上構造物に液滴前縁部が接触した際のメニスカス形成と，それに伴う液膜内速度場・圧力場計測を通じた構造物周りの力場の解明； 目標2：目標1における微小構造物の形状・姿勢・濡れ性の影響に関する定量化； 目標3：複雑な形状・物性を有するバイオ粒子を用いた高精度計測による現象の定量化，模擬実験・解析モデルへのフィードバック； 目標4：バイオ粒子除去を模擬しうる解析モデル構築，である．2021年度は，COVID-19感染拡大における研究活動制限措置等の影響により，主に数値解析による現象解析および実験データに対する解析コード開発を重点的に行ってきた．当該年度においては，特に，除去対象物の濡れ性，高さ，および形状の影響に注目した．微小構造物に働く力場として，剪断場，圧力場，さらに構造物周りを上昇する液膜前縁部に働く表面張力の寄与を定量化した．これらのデータをベースとして，海外共同研究者グループと定期的に遠隔での打合せを集中的に実施し，現在，当該内容に関する投稿論文を準備している．
実験データ解析においては，液膜前縁部との相互作用によって液膜側に引き込まれる際の粒子挙動を球状粒子を対象として行った．さらに，メニスカス形成時にかかる液膜濡れ拡がり速度の影響についても検討を重ねた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
前述の通り2021年度においては，主に数値解析による現象解析および実験データに対する解析コード開発を重点的に行ってきた．前述の目標１において，特に，微小構造物に働く力場の解析コードの開発を継続し，剪断場，圧力場，さらに構造物周りを上昇する液膜前縁部に働く表面張力の寄与について，微小構造物の濡れ性，高さ，形状をパラメータとして定量化の実現に至った．特に高さの影響を考慮した場合，微小構造物の高さが充分でない場合には，微小構造物周りの対流場に顕著な影響を与えることを見出した．本成果については，国際会議に遠隔で参加して発表を行った（Ozawa et al., Droplets2021）．さらに，形状の影響を考慮した場合，その曲率の空間分布によってメニスカス形成過程そのものが大きく変化することを明らかにした．なお，研究活動を進めるにあたり，海外共同研究者グループとの遠隔打合せの頻度を努力して上げることによって実現に至ったが，本国および現地での共同実験の予定が全く実現していない状況は変わっていない．
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度に実施した目標1および2にかかる実験および数値解析に関する結果を基盤とし，2022年度は以下の内容に取り組む．目標1に関しては，平滑基板上を濡れ拡がる液滴前縁部が，単一球形あるいは柱状構造物と相互作用した後に発現するメニスカス形成過程をレーザ干渉計・Brewster角顕微鏡等を用いて定量化する．さらに，実験で得られた知見を，研究分担者および海外共同研究者と共にメニスカス内の圧力場・速度場，さらに微小構造物に働く力場を定量化する試みを継続する．目標2については，主に柱状構造物を対象とし，形状や基板上での姿勢，濡れ性をパラメータとして，高精度可視化実験を実現したいと考えている．活動制限措置の状況を見ながら，可能であれば積極的に進めていく予定である．申請時の計画では，モデル実験および数値解析で得られる結果をもとに渡仏し，最新の知見を交換するとともに，目標3にて予定しているバイオ粒子を用いた実験を現地にて行う予定であったが，2021年度に実施を予定していた実験実施に向けた準備および取得可能なデータ群やパラメータなどを確認・調整が実施出来ていない．海外研究協力者と相談しながら，研究全体の状況を見極めた上で慎重に研究を進めていく予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
COVID-19感染拡大における活動制限措置等の影響により，実験的研究実施に大きな制限がかかった点，また，予定していた海外研究協力者との共同実験実施が実現しなかったために次年度使用額が発生している．2022年度においては，これまでに検討・検証していた実験的研究を進めるとともに，研究全体の実施状況を検討しながら現地での実験実施・研究打合せを検討している．
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