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微粒子が着水する際には粒子表面のナノスケールの凹凸が粒子表面上の接触線の運動に極めて大きな影響を与える。本年度は、凹凸が接触線の運動および接触角挙動に与える影響について分子動力学を用いた解析を行うとともに、その際の挙動を支配する因子を明確にした。その結果、接触線の挙動は凹凸の高さに大きく依存することが明らかとなった。特に、流体間界面内に引き起こされる圧力の非等方性に起因する応力の非一様な分布が無視できない領域の厚さ(界面厚さ)と凹凸高さの相対的な大きさが重要な因子であることがわかった。すなわち、凹凸高さが界面厚さよりも大きい場合は接触線挙動はマクロ理論に従うが、凹凸高さが界面厚さと等しい、もしくはそれよりも小さい場合にはマクロ理論で予測される値からは外れ、凹凸がない場合の挙動(平板上における挙動)に近づくことがわかった。このような凹凸の高さに対する依存性を評価するため、前記の界面内応力分布を考慮したモデルを構築し、分子動力学計算の結果と比較したところ、両者の間にはよい一致が見られた。このモデルは、凹凸表面における接触線の運動を記述する際に用いることができるため、界面に衝突する粒子の運動を予測するためのモデルを構築する上で重要となる。
また、グリセリンを用いた接触線近傍流れ場の可視化測定を行い、流体界面の汚れによるマランゴニカに対する粘性の影響およびこれまでに提案されている接触線近傍流れ場の線形予測モデルの適用性を検討した。測定には粒子画像流速測定法を用いた。その結果、流体粘度が大きい場合には粘性応力が卓越し、界面に汚染がある場合でも線形予測モデルが適用可能であることが明らかになった。
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