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2014 Fiscal Year Annual Research Report

ナノ形態制御薄膜-液体系の光熱音響効果に関する研究

Research Project

Project/Area Number 25286037
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

鈴木 基史  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00346040)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywordsサーモプラズモニクス / 動的斜め蒸着 / 自己組織化 / 熱工学 / マイクロ・ナノデバイス / マランゴニ効果
Outline of Annual Research Achievements

【本研究の目的】本研究では,動的斜め蒸着法という独自の薄膜技術を駆使して作製する光吸収体をナノヒーターとして用い,液中での光音響効果を調べ,ナノバブル発生に伴う非線形光熱音響効果が発現するための条件やメカニズムを明らかにし,超音波発生源としてMEMS動力源や診断への応用の,みちすじをつけることが目的である.
【平成26年度の成果】平成26年度は,150 μJ/パルスの高出力レーザーを導入し,水中での光音響信号測定用のセルを開発して装置を構築した.そして,水中で,グラファイト,Si,Auナノ粒子などにパルスレーザーを照射し,光音響信号を計測することに計測した.また,音響信号の発生には,照射する光のパワー密度に対する閾値が存在することを確認した.この閾値の前後で液-気の相転移が起きていると考えられ,平成27年度に詳しく調べる計画である.
パルスレーザーによる光音響信号の計測を試みる一方で,連続発信レーザー照射を用いた光熱変換に誘起される微小領域での流れの詳細な観察を行った.その結果,1) Auナノ粒子配列を用いることで,所望の場所に所望の大きさの気泡を形成できること,2) 気泡の周辺にレーザーを照射して局所的に加熱すると,気泡周辺に極めて強い流れを誘起できることを発見した.この現象は気液界面のマランゴニ効果によるものと考えられる.この結果をまとめた論文は,Appl. Phys. Lett. 誌に掲載され,Editor’s Picksに選出されるなど,高い評価を受けた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

パルスレーザーによる光音響効果の測定装置の開発が若干遅れ気味である一方で,レーザー照射による光熱変換を利用した流体制御に関しては,マランゴニ効果による極めて強い流れの生成に成功しており,MEMS等への応用への道筋が見えてきた.総合的には計画通りに推移している.

Strategy for Future Research Activity

今後の推進方策
1) パルレーザー照射による光音響効果における相転移の影響を詳しく調べ,ナノバブル発生のメカニズムを詳細に調べる.
2) 平成26年度に発見したマランゴニ効果による流れの制御法を確立し,MEMS分野におけるあたらしい流体駆動法への発展を試みる.
3) パルスレーザーを用いたマランゴニ効果の発生に挑戦し,マランゴニ効果における相転移の影響を調べる.

Causes of Carryover

マランゴニ効果によって気泡周辺で強い流れを発生することを発見し,メカニズムの解明に注力したために,パルスレーザーを用いた光音響計測系の整備が若干遅れた.差額が生じたのは主に計測系の構築に使用する光学素子の購入が遅れたためである.

Expenditure Plan for Carryover Budget

当初の計画通り,光学素子の購入に充てる予定である.

  • Research Products

    (13 results)

All 2015 2014

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 8 results)

  • [Journal Article] Photothermally controlled Marangoni flow around a micro bubble2015

    • Author(s)
      K. Namura, K. Nakajima, K. Kimura, M. Suzuki
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 106 Pages: 043101

    • DOI

      10.1063/1.4906929

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Shape-related useful properties of nanostructured thin films2015

    • Author(s)
      M. Suzuki
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings

      Volume: 1657 Pages: 030003

    • DOI

      10.1063/1.4915153

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Nanostructured copper/porous silicon hybrid systems as efficient sound-emitting devices2014

    • Author(s)
      G. Recio-Sanchez, K. Namura, M. Suzuki, R. Martin-Palma
    • Journal Title

      Nanoscale Research Letters

      Volume: 9 Pages: 487

    • DOI

      10.1186/1556-276X-9-487

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhancement of photoacoustic emission from self-supported plasmonic multilayers2014

    • Author(s)
      K. Namura, K. Nakajima, K. Kimura, M. Suzuki
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 116 Pages: 024310-1

    • DOI

      10.1063/1.4890028

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Thermoplasmonic control of Marangoni flow around a micro bubble2015

    • Author(s)
      Kyoko Namura, Kaoru Nakajima, Kenji Kimura, Motofumi Suzuki
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-11
    • Invited
  • [Presentation] シャドウイングによるナノ形態制御技術の進展と課題2015

    • Author(s)
      鈴木基史
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-11
    • Invited
  • [Presentation] 斜め蒸着法による自己組織的なナノ構造の成長2015

    • Author(s)
      鈴木基史
    • Organizer
      日本真空学会東海支部 3月研究例会「流れを見る」
    • Place of Presentation
      名古屋工業大学
    • Year and Date
      2015-03-04
    • Invited
  • [Presentation] 斜め蒸着法による薄膜の微細構造の制御と応用2015

    • Author(s)
      鈴木基史
    • Organizer
      日本真空学会機能薄膜部会 ナノ構造機能創成専門部会 第 2 回研究会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2015-01-30
    • Invited
  • [Presentation] Shape-Related Useful Properties of Nanostructured Thin Films2014

    • Author(s)
      Motofumi Suzuki
    • Organizer
      The National Physics Conference (PERFIK 2014)
    • Place of Presentation
      Sunway Resort Hotel and Spa, Kuala Lumpur, Malaysia
    • Year and Date
      2014-11-18 – 2014-11-19
    • Invited
  • [Presentation] Photoacoustic Drive of Microfluid Using Au/SiO2 Heterostructured Nanorods Array2014

    • Author(s)
      K. Namura, K. Nakajima, K. Kimura, M. Suzuki
    • Organizer
      226th ECS Meeting
    • Place of Presentation
      Cancun, Mexico
    • Year and Date
      2014-10-08
  • [Presentation] Templated Shadowing-Growth for Photonics and Plasmonics2014

    • Author(s)
      Motofumi Suzuki
    • Organizer
      226th ECS Meeting
    • Place of Presentation
      Cancun, Mexico
    • Year and Date
      2014-10-08
    • Invited
  • [Presentation] Evolution of Nanomorphologies Induced by Glancing Angle Deposition2014

    • Author(s)
      Motofumi Suzuki
    • Organizer
      2nd Summer School of the German-Japanese University Network HeKKSaGOn
    • Place of Presentation
      Karlsruhe Institute of Technology
    • Year and Date
      2014-09-01 – 2014-09-10
    • Invited
  • [Presentation] Evolution of Nanomorphologies Induced by Glancing Angle Deposition2014

    • Author(s)
      Motofumi Suzuki
    • Organizer
      International Union of Materials Research Societies, International Conference in Asia (IUMRS-ICA 2014)
    • Place of Presentation
      Fukuoka, Japan
    • Year and Date
      2014-08-27
    • Invited

URL: 

Published: 2016-06-01  

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