局所加熱下の蒸気バブル挙動解明と新規マイクロ物体駆動技術の創出

阐明局部加热下的蒸汽泡行为并创建新的微对象驱动技术

• 批准号: 21H01784
• 负责人: 名村 今日子
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01784/
• 关键词: 蒸気バブル; 核形成; マイクロ物体駆動; 光熱変換; ナノ構造薄膜

バブルは表面張力やダイナミックな体積変化，生成消滅が可能であることなどから，ソフト機械部品としてすでに広く注目されている．しかし，μm・nmスケールでの挙動制御は確立されていない．そこで本研究では，ナノ構造光熱変換薄膜を用いた流体の局所加熱によって，蒸気バブル生成消滅過程および周辺に働く力の解明を行っている．令和３年度は，回折位相法を用いた高速定量位相顕微鏡の試作とバブルが発生する力の評価のための試料・装置作りを進めた．流体の局所加熱によってバブルを生成したり，その動きを制御したりするためには，流体中の温度分布を知ることは重要である．流体の光の屈折率は温度によって変化するので，定量位相顕微を行うことで流体中の温度分布に関する情報を得ることができる．そこで，光熱加熱によるバブルの生成とその定量位相顕微鏡を用いた観察を同時に行うことができる光学系を作製した．そして，空気バブルが生成する時の周辺流体中の位相分布の変化を捉えることに成功した．さらに，位相分布から温度分布への逆変換にも成功した．今後は高速度カメラの導入等により定量位相顕微の高速化を行う．また，バブルダイナミクスおよび周辺温度の測定と発生する力の評価のための試料・装置作りでは，光熱変換薄膜をつけた数百μm程度の大きさのチップを作製した．また，チップにレーザーを照射しながら，チップの動きを多方向から捉えるための光学系を作製した．さらに，チップ上でのバブル生成密度を高めるために，光熱変換薄膜の非稠密パターンを作製する手法を検討した．その結果，チップと同程度の範囲に最大５個のバブルを同時に生成し，強い対流を生むことに成功した．今後はチップの動きの評価などを行っていく．

バ ブ ル は surface tension や ダ イ ナ ミ ッ ク な volume variations, generate may destroy が で あ る こ と な ど か ら, ソ フ ト machinery product と し て す で に hiroo く attention さ れ て い る. The, μm · nmスケ, スケ, で, で, 挙 motion control 挙 is established されて, な, な. そ こ で this study で は, ナ ノ tectonic thermal variations in thin film を with い た fluid の bureau heating に よ っ て, steamed 気 バ ブ ル generated elimination process お よ び weeks 辺 に 働 く force の interpret を line っ て い る. Make annual は and 3, inflexion phase method を with い た high-speed quantitative phase 顕 micromirror の attempt と バ ブ ル が 発 raw す る force の review 価 の た め の sample, a device for り を into め た. Heating fluid の bureau に よ っ て バ ブ ル を generated し た り, そ の dynamic き を suppression し た り す る た め に は, の temperature distribution in the fluid を know る こ と は important で あ る. Rate of fluid の light の inflectional は temperature に よ っ て variations change す る の で, quantitative phase 顕 micro line を う こ と で の temperature distribution in the fluid に masato す る intelligence を る こ と が で き る. そ こ で, thermal heating に よ る バ ブ ル の generated と そ の quantitative phase 顕 micromirror を with い た 観 examine を line at the same time に う こ と が で き る を cropping systems department of light し た. そ し て, empty 気 バ ブ ル が generated す る の weeks when 辺 の phase distribution in fluid の variations change を catch え る こ と に successful し た. Youdaoplaceholder0, phase distribution ら, temperature distribution へ, <s:1> inverse transformation に さらに, successful た た. In the future, <s:1> high-speed カメラ <s:1> import and other によ <s:1> quantitative phase 顕 micro-<s:1> high-speed を line う. ま た, バ ブ ル ダ イ ナ ミ ク ス お よ び weeks の 辺 temperature measuring と 発 raw す る force の review 価 の た め の sample, a device for り で は, thermal variations in thin film を つ け た degree of hundreds of microns の big き さ の チ ッ プ を cropping し た. ま た, チ ッ プ に レ ー ザ ー を irradiation し な が ら, チ ッ プ の dynamic き を direction more か ら catch え る た め の light department を cropping し た. On さ ら に, チ ッ プ で の バ ブ ル generated density を high め る た め に, thermal variations in thin film の non dense パ タ ー ン を cropping す る gimmick を beg し 検 た. そ の results, チ ッ プ と with degree の van 囲 に five largest の バ ブ ル を に generate し at the same time, the strong い flow seaborne を raw む こ と に successful し た. In the future, チップ チップ will be used to evaluate 価な を and って く.

项目成果

Gold Micropetals Self‐Assembled by Shadow‐Sphere Lithography for Optofluidic Control

通过影球光刻技术自组装金微花瓣用于光流控

• DOI: 10.1002/admi.202200200
• 发表时间: 2022
• 期刊: Advanced Materials Interfaces
• 影响因子: 5.4
• 作者: Namura Kyoko;Hanai Shunya;Kondo Shuji;Kumar Samir;Suzuki Motofumi
• 通讯作者: Suzuki Motofumi

マイクロ加工システム研究室ホームページ

微细加工系统实验室主页

FeSi2マイクロドット上での光熱誘起マイクロバブルに関する研究

FeSi2微粒上光热诱导微泡的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 原 綾香;名村 今日子;鈴木 基史
• 通讯作者: 鈴木 基史

京都大学教育研究活動データベース

京都大学教育研究活动数据库

光熱誘起マイクロバブルと対流の電圧による制御

光热感应微泡和对流的电压控制

• 发表时间: 2022
• 作者: 植田 香菜;名村 今日子;鈴木 基史
• 通讯作者: 鈴木 基史