固液界面微細気泡の動的挙動解明に向けた全反射蛍光観察に基づく液体温度計測

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本研究は固液界面における微細気泡の動的メカニズム解明に向け，界面極近傍(1um以下)の領域に特化した気泡周囲の液体温度計測技術の開発を目的とする．固液界面の微細気泡が介在する熱流動現象は工学上の有用性が高い一方で観察が難しく，様々な相変化現象の解明に向けた計測技術の開発が求められている．そこで本研究は，エバネッセント波を用いた全反射蛍光観察に基づき界面微細気泡周りの液体温度計測法を確立する．蛍光強度の温度依存性を利用する従来のレーザー誘起蛍光法を，計測の安定性や気泡周りへの適用性などの面で発展させた新たな手法を提案する．上記目的に向けて本年度実施した内容を以下に述べる．(1)全反射蛍光偏光法に基づく液体温度計測の妥当性の検証：マイクロ流路底面に敷設した薄膜電極周りの温度場を対象とした二次元分布計測を行い数値計算結果と比較した．その結果，電極から50um以上離れた位置において両者は温度差1℃以内で良好に一致し，一定の妥当性を示した．(2)検出系の簡略化に向けた偏光カメラの導入：4方向の偏光成分を同時に取得可能な偏光カメラにより，複数台のカメラの位置合わせ等が不要な簡便な計測システムを構築した．更に計測システムに起因する偏光解消を考慮して偏光度の解析を行い，全反射蛍光観察で得られる蛍光偏光度はPerrinの式に基づく理論値より高く，壁面が蛍光分子の運動に影響を与える可能性を明らかにした．(3)固気液三相界面近傍における液体温度計測の実施：2枚のガラス平板間に蛍光色素溶液の液滴を封入してガラス・空気・溶液の三相界面を形成し，その近傍で温度条件を変化させながら蛍光強度や偏光度分布の計測を行った．その結果，液相部の蛍光強度分布の形状は気液の境界線の位置の移動や蛍光退色に影響を大きく受けず，気液が共存する場に対して全反射蛍光偏光法による液体温度計測が適用できる可能性を示した．