マイクロボルテックスを用いた微小領域における混合・分離デバイスの開発

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電気絶縁性の媒質中に誘電体である固体粒子を分散させたコロイド溶液に電場を印可することで形成される特異な流動の一つである回転流動により形成される渦群をマイクロボルテックスとして着目し,混合・分離デバイスに必要不可欠なマイクロボルテックス形成に関する流れの基本特性を解明するとともにその諸条件を明らかにした.16年度に得られた知見を基本とし,誘電体である電気絶縁性の媒質としてシリコンオイル,固体粒子としてダイヤモンド粒子を用い,電場強度・電場周波数の印加電場条件,粒子濃度・溶媒濃度の共試流体条件,電極間距離などの流路条件などの各条件に関して詳細に検討し,電場印加後のマイクロボルテックス形成までの詳細な時間的な流動特性変化を流動観察,マイクロPIV計測により明らかにした.電場印加によりいくつかの流動が形成され,特に中でもマイクロボルテックスとして利用可能な回転流動形成のために必要な条件を詳細に整理した.また,電場印加と流動特性との関係を詳細に評価するために,流動形成時の流れ場を計測位相を任意に制御することにより時系列的に取得することで,電場印加直後から流動形成までに時間差が存在し,さらにこれらの時間は最大の渦度を有する回転流動の形成は電場印加周波数の影響によらず整理可能であることを明らかにした.これらの詳細な実験結果をふまえ,これらの流動のマイクロデバイスへの応用に向けた検証を行うとともにさらに,本現象を数値的に表現するための数値モデルに関する検討も行い,基礎的な評価モデルを示した.様々なマイクロ流体デバイスへの応用を視野に入れた流動形成条件の拡張ならびに数値モデルの確立を行っていくための基本的な知見を得た.