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2012 年度 実績報告書

共鳴界面張力波測定法の開発とナノ流体界面の測定

研究課題

研究課題/領域番号 24350038
研究種目

基盤研究(B)

研究機関東京大学

研究代表者

火原 彰秀  東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (30312995)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード液体表面 / マイクロ流体 / ナノ流体 / 光散乱 / 共鳴現象 / スペクトル解析 / 畳み込み
研究概要

微小な液体の表面張力、あるいは油水界面張力を計測するため、界面張力波共鳴現象を利用した準弾性レーザー散乱(QELS)法により、微小液体表面・界面の張力を得る手法の確立を目指す。共鳴QELSスペクトルでは、光学配置に依存しない特徴的なピークが現れ、このピークから表面張力を得ることができる。本研究では、この空間的な共鳴を利用したQELS法の表面張力測定法へ応用する装置的研究と、ナノサイズ界面への適用可能性を明らかにする研究を進める。
本年度は、まず共鳴QELS法で用いる単一光束配置によるスペクトル解析法の確立に取り組んだ。従来の単一光束QELS法の理論では、中心周波数を求める式は示されているものの、スペクトル予想には限界があった。計測系は、界面での有限なビーム径と有限な測定器開口の組合せというフラウンホーファー回折に近い光学系であるが、それぞれの角度で異なるドップラーシフトを受ける点に特徴がある。検出器も有限の大きさをもつため、周波数スペクトルを散乱角と検出器面の二重に積分しスペクトル形状を予測する手法を検討した。その結果、試料液面でのビーム径や液面から検出器までの距離により、スペクトル形状が変化する現象が再現でき、実験結果とよい一致を見せた。ピーク位置の空間サイズ依存、界面張力依存から界面張力測定法としての精度・確度について検討中である。
また、円形や四角開口の液面からの二次元共鳴の観測に成功した。共鳴モードなどの詳細は検討中であるが、アレイ型張力測定への展開が期待できる結果を得た。

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

平成24年度は、当初の予定通りスペクトル形状に関する基礎研究を進め、成果を挙げた。精度や感度の定量的な議論という課題は残ったが、十分な進展といえる。また、平成25年度に予定していた二次元共鳴波の観測に成功した。平成25年度の研究を順調に進める手がかりを既に得ていることから、十分な進展が望める。

今後の研究の推進方策

当初の予定通り、二次元共鳴現象の理論的解析と応用に注力する。また、装置の小型化に向けた基礎検討についても同時に進める。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (16件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Integrated Angle-Resolved Spectroscopy with Novel Optics 'Caldera Mirror'2012

    • 著者名/発表者名
      Yuto Kazama, Akihide Hibara
    • 雑誌名

      Proceedings of the 16th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2012)

      ページ: 55-57

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Double Droplet as a Sensor for Molecular Transport through Organic Liquid Membrane2012

    • 著者名/発表者名
      Mao Fukuyama, Akihide Hibara
    • 雑誌名

      Proceedings of the 16th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2012)

      ページ: 1924-1926

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrochemical Analysis of Microdroplet formation2012

    • 著者名/発表者名
      Mao Fukuyama, Yumi Yoshida, Jan C.T. Eijkel, Albert van den Berg, Akihide Hibara
    • 雑誌名

      Proceedings of the 16th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2012)

      ページ: 359-361

    • 査読あり
  • [雑誌論文] マイクロ流路内界面張力波共鳴現象と表面張力測定2012

    • 著者名/発表者名
      火原彰秀
    • 雑誌名

      レーザー研究

      巻: 40 ページ: 913-918

  • [学会発表] Characterization of Micro/Nano Liquid Interfaces2013

    • 著者名/発表者名
      Akihide Hibara
    • 学会等名
      PITTCON 2013
    • 発表場所
      Philadelphia, USA(招待講演)
    • 年月日
      2013-03-19
  • [学会発表] Fundamental Study of Microdroplet Mixing Under Low Reynolds Number Conditions2013

    • 著者名/発表者名
      Mao Fukuyama, Akihide Hibara
    • 学会等名
      Philadelphia, USA
    • 発表場所
      Philadelphia, USA
    • 年月日
      2013-03-17
  • [学会発表] Liquid/Gas and Liquid/Liquid Interfaces in Micro/Nanofluidic Systems2012

    • 著者名/発表者名
      Akihide Hibara
    • 学会等名
      Second International Conference on Small Science
    • 発表場所
      Orlando, USA(招待講演)
    • 年月日
      2012-12-17
  • [学会発表] Micro/Nano Liquid Surface Analysis2012

    • 著者名/発表者名
      Akihide Hibara
    • 学会等名
      EUJO-LIMMS Information Day
    • 発表場所
      Lausanne, Switzerland
    • 年月日
      2012-12-12
  • [学会発表] マイクロ流路内油水界面測定用電気化学デバイス2012

    • 著者名/発表者名
      福山真央、吉田裕美、J.C.T. Eijkel, A. van den Berg, 火原彰秀
    • 学会等名
      第58回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
    • 発表場所
      高尾
    • 年月日
      2012-11-27
  • [学会発表] マイクロ流路油水二相流におけるイオン移動ボルタンメトリー2012

    • 著者名/発表者名
      福山真央、吉田裕美、J.C.T. Eijkel, A. van den Berg, 火原彰秀
    • 学会等名
      第28回日本イオン交換研究発表会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2012-10-19
  • [学会発表] Integration of sample pre treatment on a single chip and optical techniques for microscopic detection2012

    • 著者名/発表者名
      Akihide Hibara
    • 学会等名
      International Conference on Biosensors, Biochips, and Bioelectronics 2012
    • 発表場所
      Gwangju, Korea(招待講演)
    • 年月日
      2012-10-17
  • [学会発表] 光応答性流体によるマイクロ・ナノ流体の光操作法2012

    • 著者名/発表者名
      原田万里江・福山真央・佐藤香枝・火原彰秀
    • 学会等名
      第2回CSJ化学フェスタ
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2012-10-16
  • [学会発表] 二次元水/空気界面の界面張力波共鳴の計測と解析2012

    • 著者名/発表者名
      Myungwha Chung・Christian Pigot・火原彰秀
    • 学会等名
      第2回CSJ化学フェスタ
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2012-10-16
  • [学会発表] 単一ビーム準弾性レーザー散乱法のスペクトル形状計算とイオン液体表面解析2012

    • 著者名/発表者名
      関康一郎・Pigot Christian・火原彰秀
    • 学会等名
      日本分析化学会第61年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2012-09-19
  • [学会発表] 微少試料分析のための二段階マイクロ液滴生成2012

    • 著者名/発表者名
      福山真央・火原彰秀
    • 学会等名
      日本分析化学会第61年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2012-09-19
  • [学会発表] Ion Detection by Using Microfluidic Double-Droplets2012

    • 著者名/発表者名
      Mao Fukuyama, Akihide Hibara
    • 学会等名
      RSC-Tokyo International Conference
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2012-09-06
  • [学会発表] Chemistry and Physics of Liquid Interfaces in Microfluidic Devices2012

    • 著者名/発表者名
      Akihide Hibara
    • 学会等名
      III International Workshop on Analytical Miniaturization and Nanotechnologies (WAM-NANO 2012)
    • 発表場所
      Barcelona, Spain(招待講演)
    • 年月日
      2012-06-11
  • [学会発表] Spectral Analysis of Ionic Liquid Surfaces Contacting with Water Vapor2012

    • 著者名/発表者名
      Koichiro Seki, Akihide Hibara
    • 学会等名
      III International Workshop on Analytical Miniaturization and Nanotechnologies (WAM-NANO 2012)
    • 発表場所
      Barcelona, Spain
    • 年月日
      2012-06-11
  • [学会発表] Resonance of Capillary Waves in Two-dimensional Air/Water Interface2012

    • 著者名/発表者名
      Myungwha Chung, Christian Pigot, Akihide Hibara
    • 学会等名
      III International Workshop on Analytical Miniaturization and Nanotechnologies (WAM-NANO 2012)
    • 発表場所
      Barcelona, Spain
    • 年月日
      2012-06-11
  • [学会発表] 二次元マイクロ空間内界面張力波共鳴2012

    • 著者名/発表者名
      Myungwha Chung, Christian Pigot,火原彰秀
    • 学会等名
      第25回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
    • 発表場所
      崇城大学
    • 年月日
      2012-05-18
  • [備考] 東京大学生産技術研究所火原研究室

    • URL

      http://www.hibara.iis.u-tokyo.ac.jp/

  • [備考] 東京工業大学大学院理工学研究化学専攻岡田.火原研究室

    • URL

      http://www.chemistry.titech.ac.jp/~okada/

  • [産業財産権] 界面張力の測定法および測定装置2012

    • 発明者名
      火原彰秀,クリスチャンピゴー
    • 権利者名
      東京大学
    • 産業財産権番号
      特願2012-112612
    • 出願年月日
      2012-05-16

URL: 

公開日: 2014-07-16  

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