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．

由于表面张力，动态体积变化以及产生和破坏的能力，气泡已经吸引了广泛的注意力作为软机械部件。但是，尚未建立在μm-NM量表下的行为控制。因此，在这项研究中，我们研究了使用纳米结构的光热转化薄膜局部加热流体的蒸气气泡产生的过程和作用在周围区域上的力。在2021财政年度，我们使用衍射相方法和样品和设备制造高速定量相显微镜的原型，以评估产生气泡的力。了解流体中的温度分布对于产生气泡并通过局部加热流体来控制其运动很重要。由于流体中光的折射率随温度变化，因此可以通过执行定量相显微镜来获得有关流体温度分布的信息。因此，我们制造了一个光学系统，该光学系统允许通过光热加热和使用定量相显微镜观察产生气泡。生成气泡时，我们能够捕获周围流体中相位分布的变化。此外，我们还成功地将相分布转换为温度分布。此外，将来，通过引入高速摄像机等，将增加定量相显微镜。此外，创建了一个光学系统来捕获芯片从多个方向捕获芯片的运动，同时用激光照射芯片。此外，我们研究了一种创建光热转化薄膜非密度模式的方法，以增加芯片上的气泡形成密度。结果，与芯片相同的范围内同时产生了多达五个气泡，从而产生了强烈的对流。将来，我们将评估芯片运动。

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

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

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