| 研究課題/領域番号 |
26620119
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
作花 哲夫 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10196206)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ミクロ構造体 / 振動解析 / 固有振動数 / 液滴 / 準弾性光散乱 / ヘテロダイン計測 / 光ビート法 / キャピラリー波 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、特徴的なサイズが非常に小さな物体（ミクロ構造体）の固有振動数を散乱されたレーザー光の周波数シフトにもとづいて計測すること、またさまざまなミクロ構造体の固有振動数の体系化を目指している。本年度は固体表面上に滴下された液滴の振動の測定と固有振動数の解析に取り組んだ。用いた液滴のサイズはミリメートルからサブミリメートルであり、単一の液滴を測定対象とした。振動している物体によって散乱されたレーザー光の周波数は、物体の振動の振動数だけシフトすることを利用し、散乱前後での光の周波数の差を測定することにより、物体の振動数を得ることができた。
直径数mmから1 mm弱までのさまざまなサイズの水滴を空気中およびn-デカン中のガラス基板上に滴下し、得られた水滴に瞬間的に力を加えることで加振し、振動数を測定した。得られた振動数は振動の励起の方法に依存しなかったため、固有振動数が得られたと考えられる。また、第２、第３の周波数ピークが見られ、高調波も測定できた。水滴の振動が界面張力を復元力とする波（界面張力波）によって記述されると仮定すると、振動が共振状態になるためには水滴の円弧を伝播する界面張力波が境界条件によって束縛された定在波になる必要がある。測定により得られた固有振動数の結果は、円弧の端で適当な境界条件を設定することで説明できたが、空気中とn-デカン中の水滴では異なる境界条件を課す必要があることがわかった。
以上、本年度はミリメートル程度の大きさの物体について、その固有振動数を散乱レーザー光の周波数シフトにより求める方法を確立し、空気中および油相中の水滴について、固有振動数と物体の性質との関係を考察することが可能であることを示した。
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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
当初計画ではフラットな液液界面を扱う予定であったが、曲率をもったミリメートル程度の液液界面の測定が可能であることを示せたことは計画以上である。一方、電位を印加した測定にまで至っていない点は計画以下である。これらを総合的に考えて概ね順調と判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
以下の項目を検討する。
・光計測の感度向上をはかって、より小さな単一物体の測定を可能にする。
・同一物体の集合体の測定の可能性を検討する。
・振動のモデル化による固有振動数の計算を行い、測定結果と比較する。
・パルスレーザーのブレークダウン現象を使って、ミクロ構造体の振動を励起することを検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
測定対象を水滴とすることにより、測定対象の準備にともなう費用が当初計画よりも押さえられたため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
測定対象の試料の作製にかかる物品費、および成果発表のための旅費に使用する。
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