粘弾性マイクロジェットの能動制御と次世代製造プロセスへの展開

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本研究では，衝撃力を利用した超音速・高粘度マイクロ液体ジェット生成法（代表者の開発技術）に基づき，ジェットの伸長・分裂・衝突という医学・工学応用に不可欠な各要素の物理機構解明・能動制御を達成するため，次世代製造プロセスにとって需要の高い粘弾性液体ジェットに焦点を絞り，学術的に未解明な特徴的挙動を解明に取り組み続けている．粘弾性マイクロ液体ジェットの大伸張プロセスの解明・制御のために，ジェットが大きく伸長した後，分離せずに出戻る新現象に着目し，粘弾性マイクロ液体ジェットの分離・マイクロ液滴形成プロセスの解明・制御のため，粘弾性流体の液糸の分離過程を実験調査した．ジェット分離位置・時間を測定した結果，粘弾性マイクロジェットでは分離に至るまでに顕著な伸張効果が確認され，可視光カメラの解像限界(500 nm)以下の液糸が数秒間も持続し，液滴を保持・合体させる現象が見られた．分担者（長津）所有のレオメータによりレオロジー特性の測定を行い，粘弾性特性が分離過程に与える影響を調査した．さらに，マイクロジェット先端から分離した液滴直径がマイクロサイズの場合，固体壁に衝突した液滴が従来理論に反して飛散しない現象を発見したがこれには，従来理論が立脚する連続体仮定が適用できないため，新たな物理描像に基づく理論として実験結果に基づく液滴飛散理論を構築した上で，混相数値計算を援用し，液滴拡大制御/飛散抑制を試みた．そして，以上の知見を踏まえ，次世代製造プロセス実現に向けた学術課題として無針注射器による生体組織への貫入挙動モデルを完成させた．