| 研究実績の概要 |
微小な液体表面の表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）法の確立を目指し研究を進めた。共鳴QELS スペクトルでは、光学配置に依存せず、制限空間の物理形状と表面張力に依存するピークが現れ、スペクトル解析から表面張力を得ることができることを明らかにした。
本研究では、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、ピーク周波数予測には疑問があった。そこで、様々な散乱角でのドップラースペクトルを適切に積分しスペクトル形状を予測する計算法を確立した。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。
次に円形や四角形などの二次元制限界面での共鳴モードを解析した。例えば直径44ミクロンの円形容器での二次元共鳴QELSスペクトルには、複数のピークが現れた。二次元制限空間共鳴のシミュレーションからは、太鼓膜振動と同様な(2,0)、(3,0)モードなどの共鳴が存在することがわかった。また、制限空間内のレーザー集光位置により、ピーク位置は変わらず、ピーク強度比が変わることが観測された。各空間モードで振幅の大きな位置を考えることで説明可能であった。以上により、制限空間での界面張力波共鳴を計測原理として利用する上で基本的となる事項を明らかにできた。最終的に、8ミクロン程度の1次元制限界面から1.5 MHz付近までのピークも得ることができた。目標としていた1ミクロンスケールの界面まで計測できることを示した。
本研究により光学的に（リモートに）微小界面を計測する新しい手法の原理解明、装置構築を達成し、ナノ・マイクロ科学の発展に寄与する方向を示したと考える。
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