遊泳マイクロ液滴を利用した自律制御型反応器の開発

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究課題の目的は、遊泳マイクロ液滴の性質を応用することで従来にはない自律制御型の反応器を開発することである。界面活性剤を溶解させた油の中にマイクロ水滴を生成すると、マランゴニ効果により水滴は自発的な運動を行う。この遊泳マイクロ液滴を反応器の開発に利用するためには、その運動の基本的な特性の解明が必要となる。そこで、本年度は遊泳マイクロ液滴の理論モデルの分析及び細管内を泳ぐ液滴の実験・解析を行った。これまで、広いチャンバー内を泳ぐ液滴について、液滴サイズが大きくなるにつれて、運動の様相が変化することが実験的に明らかになっていた。本年度は理論モデルを用いた分析を行い、進行方向に対する摂動への感受性が水滴サイズによって変わることで、このような現象が生じることを明らかにした。この結果は論文としてまとめ、現在投稿中である。また、研究集会等において、成果の発表を行った。次に、細管内における遊泳マイクロ液滴の運動を明らかにするため、実験及び解析を行った。まっすぐな細管内を泳ぐ液滴は、その直径が細管よりも大きくなると、円柱のような形となる。この円柱の「直径」に対して「高さ」が大きくなるにつれ、液滴は遅くなり、速さはある値に近づいていくことが明らかとなった。また、液滴の進行方向を前方としたとき、後方部でくびれが生じることが分かった。次に、太さが徐々に変わる細管の中を泳ぐ液滴の観測を行った結果、円柱様液滴の直径に対して高さが大きくなるにつれ、液滴の後方部でくびれが現れるようになり、最終的に自発的な分裂が生じることが明らかとなった。これらの結果について分析を行うため、理論の専門家と共同研究を行ったところ、液滴の後方部で膨潤した逆ミセルが飽和すると溶質の放出が抑制され、それにより潤滑相が厚くなり、最終的に液滴の自発的な分裂につながることが示唆された。この成果は論文としてまとめ、現在投稿中である。