光熱微小気泡がつくる散逸構造を利用した配向集積機構の解明

本研究では，光熱による微小気泡が形成する固体・液体・気体が交わる三相界面近傍における形状異方性ナノ材料の配向集積メカニズムの解明を目的とする．非平衡定常状態における三相界面近傍の『溶液の流れ』，『界面効果』，『熱運動』と分子や形状異方性ナノ材料の『大きさ』や『アスペクト比』，『柔らかさ』に着目し，非平衡界面におけるナノ材料集積現象の理解と制御を志向した学理の構築に取り組んでいる．これまでに気泡が誘起する『溶液の流れ』についてモデル化に成功しているが，三相界面の極近傍の熱力学的情報は得られていなかった．直径0.2 μmのポリスチレンビーズを用いて実験すると気泡界面に接していたと思われるビーズが部分的に融解している様子が電子顕微鏡観察から明らかになった．一方，直径0.5 μmのポリスチレンビーズを用いると融解は見られなかった．ポリスチレンのガラス転移温度のサイズ依存性に着目して，三相界面の温度を推定すると70℃程度であることがわかった．実験に用いているITO基板の熱分布を計算すると近い値をとることがわかった．これらの実験から『熱運動』に関する情報を得ることができた．また，楕円形ビーズ用いると，気泡近傍で回転して滞留する点が観察された．これらの現象も計算によって予測された位置や回転数と一致していることから，モデルの妥当性が確認できた．カーボンナノチューブを用いた『柔らかさ』に着目した実験においては，三相界面近傍では界面に沿うように集積する『界面効果』がみられ，離れた位置では放射状と熱運動の影響を受けている様子が見られた．現在は画像解析による定量化を試みている状況である．

本研究では，光熱による微小気泡が形成する固体・液体・気体が交わる三相界面近傍における形状異方性ナノ材料の配向集積メカニズムの解明を目的とする．非平衡定常状態における三相界面近傍の『溶液の流れ』，『界面効果』，『熱運動』と分子や形状異方性ナノ材料の『大きさ』や『アスペクト比』，『柔らかさ』に着目し，非平衡界面におけるナノ材料集積現象の理解と制御を志向した学理の構築に取り組んでいる．これまでに気泡が誘起する『溶液の流れ』についてモデル化に成功しているが，三相界面の極近傍の熱力学的情報は得られていなかった．直径0.2 μmのポリスチレンビーズを用いて実験すると気泡界面に接していたと思われるビーズが部分的に融解している様子が電子顕微鏡観察から明らかになった．一方，直径0.5 μmのポリスチレンビーズを用いると融解は見られなかった．ポリスチレンのガラス転移温度のサイズ依存性に着目して，三相界面の温度を推定すると70℃程度であることがわかった．実験に用いているITO基板の熱分布を計算すると近い値をとることがわかった．これらの実験から『熱運動』に関する情報を得ることができた．また，楕円形ビーズ用いると，気泡近傍で回転して滞留する点が観察された．これらの現象も計算によって予測された位置や回転数と一致していることから，モデルの妥当性が確認できた．カーボンナノチューブを用いた『柔らかさ』に着目した実験においては，三相界面近傍では界面に沿うように集積する『界面効果』がみられ，離れた位置では放射状と熱運動の影響を受けている様子が見られた．現在は画像解析による定量化を試みている状況である．