光励起による界面物性勾配を利用したマイクロ液滴制御技術の開発

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本年度は,昨年度に構築したマイクロスケール物性分布誘起用レーザ光学システムをマイクロチャネル内の気液界面に適用し,局所加熱による表面張力勾配に起因したマランゴニ対流を利用した界面制御技術の検証を,定量化を中心として行った.以下に本年度得られた研究成果を示す.・マイクロチャネル壁面に付着した微小気泡近傍の液体に加熱レーザを照射して壁面から引き離す挙動について,高速度カメラを用いて界面形状の変化及び移動速度の詳細を計測し,定量化を行った.その結果,気泡離脱挙動が5段階に分類でき,界面移動速度から求めた駆動力が数百nN程度と非常に強いことを示した.・液中に浮遊した状態でレーザ光強度を変化させると,流路内における気泡の滞留位置が変化する ことを,微小プリズムを用いた側方観察システムによって確認した.これには,気泡には上下界面で発生するマランゴニ対流による駆動力と浮力が作用する結果であり,気泡径が大きい程,レーザ光強度が強い程,流路滞留位置は下方に移動することを実験的に明らかにした.・レーザ走査による流路内気泡輸送特性の定量化を行った.流体の粘性率,走査速度,気泡サイズを変化させた一連の実験結果は,気泡両端の表面張力勾配と,流体粘性と走査速度の比で一般化されることを明らかにした.実験的に求めた壁面係数を用いることで輸送特性を評価できることを示した.・平板上液滴に対してレーザ光を照射すると,表面張力と濡れ性の温度勾配に併せて,光の放射圧の影響が存在することを実験的に明らかにし,界面制御の新たな可能性を示した.