音響キャビテーション気泡の帯電メカニズムの解明

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音響キャビテーション気泡は様々な分野への応用が期待され研究が行われている。音響キャビテーション気泡のより有効な適用には、気泡の動力学、圧壊時に生じる物理的・化学的作用など、気泡性質を解明する必要があるが、まだ十分に解明されていない。本研究では、音響キャビテーション気泡の電気的性質について調べる。先行研究では、水中のSL単一気泡（SBSL気泡）に直流電圧を印加してその時の気泡位置のずれ方向を観察した。その結果、SBSL気泡がプラスに帯電していることを実験的に示された。また、SBSL気泡のSL時間と移動距離の相関から、気泡の圧壊時に気泡内部で生成される化学反応物が、帯電に影響をすることが示唆された。気泡圧壊時の化学反応物が帯電に影響をすることを明確にするために、超音波周期と同期した交流電圧を位相を変えならSBSL気泡へ印加し、その時のSL信号を観察した。気泡径が最大になるときに電圧値が最大になるように印加した場合と、気泡圧壊時に電圧値がゼロになるように電圧を印加した場合はSL信号のタイミングに変化は見られなかった。しかし、気泡圧壊時に電圧値が最大値になるように印加した場合はSL信号のタイミングが最もずれる結果を示した。さらに、最大値が正の場合はSL信号のタイミングは電圧を印加していない時より早まり、最大値が負の場合で遅くなった。印加電圧の極性によるSL信号のタイミングのずれ方向は直流電圧を印加した場合と同じで方向であった。これらの結果はSL気泡はプラスに帯電していること、気泡の膨張と収縮のうち、収縮過程が極性決定に最も影響することが示唆し、圧壊時の気泡内部で生成される化学反応物が帯電の要因であることを示唆する。