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

基于全内反射荧光观察的液体温度测量阐明固液界面微泡的动态行为

基本信息

  • 批准号:
    21K14095
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2021-04-01 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

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.
The purpose of this study is to elucidate the dynamics of microbubbles at the solid-liquid interface and to develop a technique for measuring the temperature of liquids in the vicinity of the interface (below 1 um). The phenomenon of thermal flow in the solid-liquid interface is very useful in engineering. It is difficult to detect and solve the phenomenon of phase change. In this study, a liquid temperature measurement method for detecting the microbubble cycle at the interface of a substrate by total reflection spectroscopy was established. The temperature dependence of luminous intensity is utilized to measure the stability and the applicability of the induced luminous method. The above objectives are described in the following paragraphs. (1)A Study on the Validity of Liquid Thermometer Based on Total Reflection Polarization Method: Comparison of Calculation Results of Temperature Field and Two-Dimensional Distribution Measurement with Thin Film Electrode on the Bottom of Flow Channel As a result, the electrode is more than 50um away from the position, the temperature difference is less than 1℃, and the consistency is good. (2)In order to simplify the detection system and introduce polarization parameters, polarization components in four directions can be obtained simultaneously, and the position of polarization parameters in multiple stations can be combined. In addition, the cause of polarization resolution is considered in the analysis of polarization, and the polarization of total reflection is obtained. The theoretical value is high, and the possibility of wall surface influence on the motion of fluorescence molecules is clear. (3)The liquid temperature measurement near the solid-liquid three-phase interface: the liquid droplet of the fluorescent pigment solution is enclosed between two fluorescent plates. The three-phase interface of the solid-liquid solution is formed. The temperature condition near the solid-liquid three-phase interface is changed to measure the fluorescent intensity and polarization distribution. The results show that the shape of the fluorescence intensity distribution in the liquid phase is greatly influenced by the shift of the boundary line of the liquid phase and the fading of the fluorescence, and the possibility of the application of the total reflection fluorescence polarization method to liquid temperature measurement is also shown.

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
エバネッセント場の放射圧による壁面近傍単一微粒子層の運動制御
使用渐逝场辐射压力对靠近墙壁的单个粒子层进行运动控制
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    西原聖人,栗山怜子,巽和也,中部主敬;栗山怜子,井上実優,有田大輝,巽和也,中部主敬
  • 通讯作者:
    栗山怜子,井上実優,有田大輝,巽和也,中部主敬
光と分子運動を利用したマイクロ流路内の熱流体可視化技術
利用光和分子运动的微通道中的热流体可视化技术
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kuriyama;R.;Ueda;K.;Tatsumi;K.;and Nakabe;K.;栗山怜子
  • 通讯作者:
    栗山怜子
全反射蛍光偏光法に基づく固気液三相界面近傍の液体温度計測
基于全内反射荧光偏振的固-气-液三相界面附近液体温度测量
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    西原聖人,栗山怜子,巽和也,中部主敬;栗山怜子,井上実優,有田大輝,巽和也,中部主敬;栗山怜子,西原聖人,巽和也
  • 通讯作者:
    栗山怜子,西原聖人,巽和也
Measurement of Near-wall Liquid Temperature Based on Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy
基于全内反射荧光显微镜的近壁液体温度测量
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kuriyama;R.;Ueda;K.;Tatsumi;K.;and Nakabe;K.
  • 通讯作者:
    K.
エバネッセント波を用いた蛍光偏光法によるマイクロ流路壁面近傍の液体温度計測
使用倏逝波的荧光偏振测量微通道壁附近的液体温度
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    栗山怜子,植田啓太;巽和也,中部主敬
  • 通讯作者:
    巽和也,中部主敬
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全反射ラマン分光法に基づく固液界面分子修飾膜の構造とダイナミクス計測
基于全内反射拉曼光谱的固液界面分子改性薄膜的结构和动力学测量
  • 批准号:
    24K07359
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 3万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
非線形ラマン散乱イメージング法による界面イオン層形成メカニズムの非侵襲解明
利用非线性拉曼散射成像方法非侵入性阐明界面离子层形成机制
  • 批准号:
    12J07201
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 3万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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