| 研究課題/領域番号 |
24560294
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| 研究機関 | 和歌山大学 |
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研究代表者 |
土谷 茂樹 和歌山大学, システム工学部, 教授 (30283956)
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| 研究分担者 |
菊地 邦友 和歌山大学, システム工学部, 助教 (20588058)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | Self motion / Autonomous motion / Marangoni effect / Ionic liquid / Surface tension / Amphiphilic / Surface activity |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、化学エネルギーを直接機械エネルギーに変換する機構を駆動力とする高効率の微小運動装置の実現を目指し、特に両親媒性のイオン液体（IL）を燃料とし、ILの水面での拡張によって生じる表面張力勾配により駆動する運動装置に関する。平成26年度は以下の２研究を実施した。
１．アクリル基板をレーザ加工してIL貯蔵部と末広がり状のノズルを有する運動素子（長さ15mm、幅10mm、厚さ2mm）を作製した。素子へのILの搭載状態にばらつきがないようIL貯蔵部とノズルは基板をくり抜いて作製した。水面に浮かべると素子上面はほぼ水面と一致し、IL貯蔵部とノズルは水で満たされた。ILをIL貯蔵部に滴下し、ノズルの間口と長さが推進力の時間変化に及ぼす影響を評価した。平均推進力（0.02~0.08mN）は間口（4~8mm）と共に増加し、長さ（4~6mm）と共に減少した。推進時間（150~700s）は間口と共に減少し、長さと共に増加した。ノズル内の水面を覆うIL膜の表面張力分布がノズル形状に依存し、同表面張力分布が素子の推進力を決めると考えられる。
２．両親媒性を有するILが水面と接触すると水面でのILの濃度分布に応じた表面張力勾配に起因するマランゴニー対流によりILが水面を拡張し、同対流の反作用により推進力が生じると推定される。推進メカニズムに関する基本的知見を得るため、界面活性効果を有するイミダゾリウム系ILを水面に滴下し水面でのIL膜の拡張状態の水深依存性を評価した。拡張は同心円状に進行し、時間経過と共に周辺部が乱れほぼ周期的な凹凸パターン（不安定領域）が生じた。水深の増加と共に拡張速度が増加し、不安定領域の周期性が向上した。これらの現象を説明する物理化学モデルを提案した。
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